CC BY
99
УДК 550.42
Н.С. Сырбу, Р.Б. Шакиров
ШАКИРОВ Ренат Белалович - кандидат геолого-минералогических наук, доцент (Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАН). E-mail: [email protected], СЫРБУ Надежда Сергеевна - аспирантка, лаборатория газогеохимии (Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАН). E-mail: [email protected]. © Сырбу Н.С., Шакиров Р.Б., 2012
Источники природных углеводородных газов и распределение газоопасных районов на острове Сахалине
В связи с отрицательным влиянием метана и углекислого газа на здоровье людей важно оценивать, какой вклад вносит природная составляющая в поток газообразных соединений углерода, в том числе на заселенных территориях. Особого внимания заслуживают литосферные источники метана, которые представлены двумя большими группами: источники литосферного масштаба (метаморфизм, зоны серпен-тинизации, зоны спрединга и др.) и залежи органического топлива в земной коре. Объемы естественной эмиссии метана из литосферных источников изучены недостаточно. Сахалин, как и вся область перехода от Азиатского континента к Тихому океану, является актуальным объектом для детального газогеохимического районирования, прогноза опасных мест и интенсивности поставки газа, количественной оценки газовой опасности. В пределах острова расположены месторождения углеводородов, грязевые вулканы, геотермальные системы и минеральные источники.
Ключевые слова: газогеохимическая зона, изотопный состав, грязевые вулканы, природные газы.
Sources of natural hydrocarbon gases on Sakhalin island and distribution of dangerous gaseous areas.
Nadezda S. Syrbu, Renat B. Shakirov (V.I. Il'ichev Pacific Oceanological Institute, FEB RAS, Vladivostok). It seems very important to estimate the contribution which is brought natural sources in a flow of gaseous carbon compounds in connection with increased negative influence of methane and CO2 on people's health. Special attention is given to lithosphere sources of methane which are presented by two large groups: actually lithosphere sources (metamorphism, spreading zones) and deposits of organic fuel in an earth's crust. Volumes of natural methane emission from lithosphere sources are investigated insufficiently. The Sakhalin region is located in seismically active region relating to the Pacific mobile belt. It is actual object for detailed gas geochemical classification, a prognosis of hazardous areas and intensity of gas supply, a quantitative estimation of gas danger. Deposits of hydrocarbons, mud volcanoes, geothermal systems and mineral sources are located on Sakhalin island.
Key words: gas geochemical zone, isotope composition, mud volcanoes, natural gases.
В последние годы резко возрос интерес к изучению процессов дегазации земной коры в северных широтах, что вызвано актуальностью исследований баланса основных парниковых газов - диоксида углерода и метана в атмосфере и формирования газоопасных зон в поверхностных грунтах [1]. Исследования баланса метана и углекислого газа также должны учитывать их эмиссию из нефтегазовых и угольных залежей и локальных, но активных систем газовой разгрузки (грязевые вулканы, геотермальные системы, водоминераль-ные источники и др.). Все эти виды углеводородных скоплений развиты на о-ве Сахалине и при сахалинском шельфе [7]. Остров контролируется трансформной границей литосферных плит [8], которая выражается в системе продольных глубинных разломов. По этим разломам осуществляется газофлюидный перенос, интенсивность которого регулируется также сейсмической активностью. Цель работы - выявить районы с аномальными природными полями метана и углекислого газа и оценить их вклад в формирование газоопасных зон на о-ве Сахалине.
Результаты и обсуждение
Были проанализированы и использованы данные, полученные предшественниками: А.И. Гресовым - по угольным месторождениям, О.А. Мельниковым, Р.Н. Сабировым, Б.М. Валяевым - по грязевым вулканам, Р.В. Жарковым - по термальным водам Сахалина [2, 3, 6]. Нами предложено районирование территории согласно газогеохимическим критериям: химический и изотопный состав природных газов, дебит источников. В статье использован термин «эколого-газогеохимическая зона»: в нашем понимании это территория, на поверхность которой из недр поступают газы определенного состава, связанные общностью происхождения
(генезиса). Основными углеродсодержащими газами на о-ве Сахалине являются метан и углекислый газ. Углеводородные газы ряда этан-пентан, как правило, в сумме не превышают первых процентов. Основное внимание уделено изучению газогеохимического состава свободных газов из грифонов грязевых вулканов Сахалина - Южно-Сахалинского и Главного Пугачевского, Дагинской геотермальной системы, Шахтерского каменноугольного месторождения, ряда нефтегазовых месторождений. Грязевые вулканы Сахалина рассмотрены в данной работе более детально, так как они являются природными флюидодинамическими системами, в которых протекают процессы переноса энергии и массы из недр Земли на ее поверхность.
Нефтегазоносные области. Более 90% месторождений и разведанных запасов нефти и газа сосредоточены в Охинском и Ногликском административных районах Сахалинской области (северо-восток) [8]. Для проб газа, отобранных из нефтегазовых месторождений Сахалина с 1970 по 1984 г. [5] приведен следующий химический состав: содержание метана составляет от 65,8 до 94,5%, среднее - 78,3%. Содержание углекислого газа редко превышает 1% [7]. Изотопный состав углерода метана от -34 до -54%о РББ указывает на его термогенное происхождение.
Геотермальные системы. Химический состав газа сахалинских геотермальных систем рассмотрен на примере Дагинского месторождения термальных вод. Участок месторождения контролируется Восточно-Сахалинской системой разломов. Содержание метана в среднем составляет здесь 93%, а углекислого газа -0,12%. В приземной атмосфере на высоте 1,5 м в районе месторождения содержание метана составляет до 1054 ррт, что превышает атмосферный фон в 1000 раз. Вклад Дагинской геотермальной системы в глобальный бюджет метана в атмосфере - 0,1 млн т/год. Это составляет 1,8% метана в атмосферу от вклада общемировых прибрежных и шельфовых грязевых вулканов, что позволяет выделить Дагинскую геотермальную систему в качестве крупного поставщика этого газа в атмосферу. Для Дагинского геотермального месторождения основным компонентом спонтанного газа является термогенный метан с небольшой примесью биогенной компоненты с изотопным составом 513С от -54 до -57 % УРББ.
Шахтерское каменноугольное месторождение. Для выявления газогеохимических особенностей был проанализирован ряд угольных месторождений углесноных районов о-ва Сахалина [3]. Выявлено, что угленосные районы острова в целом характеризуются высокими значениями концентраций метана (от 10 до 90%) и незначительным количеством углекислого газа (до 5-10%). Однако в зонах окисления угля (зоне газового выветривания) его содержание достигает 20-50%. В работе эта особенность показана на примере Шахтерского каменноугольного месторождения как одного из наиболее крупных, отрабатываемого двумя шахтами (Ударновская и Углегорская).
Газовый режим шахт Углегорская и Ударновская характеризуется сверхкатегорными значениями по метану (относительная метанообильность горных выработок шахт достигала 120 м3/т.с.д. и более). Шахты опасны по суфлярным газовыделениям.
По химическому составу свободных газов и их процентному содержанию шахты Ударновская и Углегорская сходны. Преобладающий газ - метан с концентрациями от 77 до 92%. Зарегистрировано 265 свободных и 147 внезапных газопроявлений [3]. На Шахтерском месторождении дебит метана достигает 15-20 м3/мин (250-333 л/с) и более. Изотопный состав метана в выбросах газа составляет от -36,4 до -57,0% РББ (в среднем -46% РББ) и указывает на углеметаморфический генезис.
Районы грязевого вулканизма на о-ве Сахалине. Проявления грязевого вулканизма установлено на Сахалине в трех пунктах: на юге — Южно-Сахалинский грязевой вулкан (ЮСГВ) в 18 км к северо-западу от г. Южно-Сахалинск; Пугачевская группа грязевых вулканов (ПГВ) - в 60 км от г. Макарова, между п. Пу-гачево и Восточный; третий, Лесновский, - недалеко от юго-западного побережья Сахалина на Тонино-Анивском полуострове.
Главным газовым компонентом для ЮСГВ является СО2 - до 74%; значительных концентраций достигает и СН4 - до 24%. Главный Пугачевский грязевой вулкан (ГПГВ) характеризуется низкой интенсивностью выделения свободных газов из грифонов. Качественный состав газа отличается от ЮСГВ (относительные содержания СО2 около 25% и СН4 - около 70% с вариациями). Для обоих грязевых вулканов характерно наличие тяжелых углеводородов до пентана включительно, что указывает на общность их генезиса.
На южном участке Центрально-Сахалинского разлома характерно изменяются содержания СН4 и СО2: на грязевых вулканах значительная доля метана (до 60%) сменяется преобладанием углекислого газа на Синегорских ключах. Этот факт может свидетельствовать об общем источнике углекислого газа для этих геологических объектов. Для ЮСГВ изотопный состав углерода углекислого газа (513С от -2,8 до -2,7% УРББ) и 513С метана (-27,0% УРББ); для главного Пугачевского вулкана 513С метана составляет от -23 до -22% УРББ. Соотношение стабильных изотопов углерода метана обоих вулканов указывает на происхождение метана в результате глубинного метаморфического преобразования рассеянного органического и,
вероятно, углистого вещества. Содержание метана в приземном воздухе ЮСГВ (в пассивном состоянии) достигает 820 ррт, т.е. на 2 порядка больше атмосферного фона. Местами концентрация углекислого газа в приземном воздухе достигает смертельно опасного значения в 3%. Южно-Сахалинский грязевой вулкан является памятником природы и часто посещается туристами и местными жителями. Поэтому организация пункта экологического мониторинга, информирование населения и принятие мер предупреждения являются обязательными при обслуживании этого объекта. Главный Пугачевский грязевой вулкан в этом отношении не представляет угрозы (в пассивном состоянии): содержание метана в воздухе не превышает 6 ррт, углекислого газа - 0,18%.
Дебит газа в грифонах ЮСГВ летом 2005 г. изменялся незначительно, в относительно небольших пределах 8-10 мл/с. При наблюдениях в 2006 и 2007 гг. после Горнозаводского (18 августа 2006 г., М=5,6) и Невельского (2 августа 2007 г., М=6,1) землетрясений отмечено резкое увеличение дебита газа в 2-5 раз по сравнению с его средним уровнем до землетрясений. Результаты ранее проведенных исследований позволяют утверждать, что сильные землетрясения влияют также на химический состав свободных газов ЮСГВ [4].
Обобщение приведенных выше особенностей распределения источников метана и углекислого газа позволяет выделить две основные эколого-газоге-охимические зоны первого порядка: метановую и углекисло-метановую (см. схему).
Не исключено, что высокое содержание углекислого газа в юго-западной части Сахалина обусловлено особенностями развития магматизма и метаморфических процессов, сопровождаемых активным тектогенезом. С этим предположением согласуются аномально высокие концентрации изотопа С13 в углероде СН4 и СО2, особенно это выражено в грязевых вулканах.
Итак, на о-ве Сахалине можно выделить две основные эколого-газогеохимические зоны: метановая (нефтегазоносная) и углекисло-метановая (преимущественно углегазоносная). В пределах нефтегазоносной зоны сосредоточены все нефтегазовые месторождения о-ва Сахалина, включая геотермальные проявления, где основным газом является метан.
Углегазоносная зона характеризуется в целом метаново-углекислым составом природных газов с увеличенной по отношению к нефтегазоносной зоне долей углеводородных газов ряда этан-пентан. Здесь сосредоточены все основные угольные месторождения Сахалина, районы современного грязевого вулканизма, а также выходы термальных вод и минеральные углекислые источники.
Выявлена тенденция к снижению концентраций СО2 на о-ве Сахалине в северном направлении. Все целевые объекты активной природной дегазации приурочены к крупным тектоническим разломам: ЮСГВ и ПГВ - Центрально-Сахалинский разлом, Шахтерское каменноугольное месторождение - Западно-Сахалинский разлом, Дагинская геотермальная система и рассматриваемые месторождения нефти и газа -Хоккайдо-Сахалинский и Восточно-Сахалинский разломы.
- угле К НСЛЫИ Г1П
Схема газогеохимического районирования о-ва Сахалина
Существенное влияние на выходы метана оказывают сейсмотектонические процессы в земной коре. Так как о-в Сахалин относится к сейсмически опасным областям, то особого внимания заслуживает изучение режима поставки природных газов во время сейсмотектонических событий.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Астахов А.С., Сергеев К.Ф., Мельников О.А, Шакиров Р.Б. и др. Динамика процессов дефлюидизации Центрально-Сахалинского глубинного разлома при сейсмической активизации (по результатам мониторинга ЮСГВ в июле-августе 2001 г.) // ДАН. 2002. Т. 386, № 2. С. 223-228.
2. Геология СССР. Т. 33. Остров Сахалин. Геологическое описание / ред. В.Н. Верещагин. М.: Недра,1970. 432 с.
3. Гресов А.И., Обжиров А.И., Шакиров Р.Б. Метаноресурсная база угольных бассейнов Дальнего Востока России и перспективы ее промышленного освоения. Т. 1. Углеметановые бассейны Приморья, Сахалина и Хабаровского края. Владивосток: Дальнаука, 2009. 247 с.
4. Ершов В.В., Шакиров Р.Б., Мельников О.А., Копанина А.В. Вариации параметров грязевулканической деятельности и их связь с сейсмичностью юга острова Сахалин // Региональная геология и металлогения. 2010. № 42. С. 49-57.
5. Кудрявцева Е.И., Лобков В.А. Изотопный состав углерода метана как критерий прогнозирования дифференцированных залежей углеводородов // Тихоокеан. геология. 1984. № 3. С. 117-120.
6. Лаврушин В.Ю., Поляк Б.Г., Прасолов Э.М., Каменский И.Л. Источники вещества в продуктах грязевого вулканизма (по изотопным, гидрохимическим и геологическим данным) // Литология и полезные ископаемые. 1996. № 6. С. 625-647.
7. Харахинов В.В. Нефтегазовая геология Сахалинского региона. М.: Науч. мир, 2010. 276 с.
8. Baranov B.V., Werner R., Hoernle K.A., Tsoy I.B., Van den Bogaard P., Tararin I.A. Evidence for compresionally induced high subsidence rates in the Kurile Basin (Okhotsk Sea) // Tectonophysics. 2002. V. 350. P. 63-97.
X
УДК 553.3.078 + 551.243(571.6)
С.Л. Шевырев, В.Г. Хомич
ШЕВЫРЕВ Сергей Леонидович - кандидат геолого-минералогических наук, старший преподаватель кафедры геологии, геофизики и геоэкологии Инженерной школы (Дальневосточный федеральный университет, Владивосток). E-mail: [email protected], ХОМИЧ Вадим Георгиевич - доктор геолого-минералогических наук, профессор, заведующий лабораторией металлогении благородных металлов (Дальневосточный геологический институт ДВО РАН, Владивосток). © Шевырев С. Л., Хомич В.Г., 2012
О методике количественной оценки рудоносности слабо изученных участков дешифрированием полей их трещиновато сти по космическим снимкам
Количественные структурные характеристики продуктивной гидротермальной системы Дальнегорского рудного района установлены исследованием полей трещиноватости по космическим снимкам. На основании этого выявлена связь рудонасыщенности гидротермальной системы и ее структурных характеристик. Применение нейросетей позволяет производить классификацию площадей в отношении ее потенциальной прогнозной перспективности .
Ключевые слова: поля трещиноватости, гидротермальная система, прогноз рудоносности, дистанционные материалы, нейросети.
About the method of quantitative estimation of ore-bearing prospectivity by analysis of fracture fields with space images. Sergey L. Shevyrev - School of Engineering (Far Eastern Federal University, Vladivostok), Vadim G. Khomich (Far East Geological Institute, FEB RAS, Vladivostok).
By the analysis of fracture fields in the space images, quantitative structural characteristics are obtained for hydrothermal system of Dalnegorsk ore district. Relationships between hydrothermal system ore productivity and its structural characteristics are revealed. Forecast implementations of space images data analysis with neural networks are considered.
Key words: fracturing fields, hydrothermal system, ore forecast, space images, neural networks.
