CC BY
85
УДК 629.7.017.1
Ергалиев Д.С., Тулегулов А. Д., Бисеналина Г.
Евразийский Национальный университет им. Л.Н. Гумилева, г. Астана, Казахстан
НАДЕЖНОСТЬ САМОРЕГУЛИРУЮЩЕЙ СИСТЕМЫ КАСПИЙСКОГО МОРЯ
Технологической прорыв в области подводной добычи полезных ископаемых обеспечил возможность освоения недр глубоководных районов Каспийского моря. Поэтому на региональном и поисковом этапах геологоразведочных работ использование средств ДЗЗ может оказаться весомым подспорьем для прогноза нефтегазоносности, оценки зон нефтегазонакопления и выявления локальных структур под глубокое бурение.
В методическом отношении ДЗЗ в морских условиях в отличие от зондирования рельефа суши является более эффективным потому, что на космоснимках поверхности моря практически однозначно выявляет пятна нефти, которые могут служить прямым признаком нефтегазоносности недр, если выявлена приуроченность этих пятен к соответствующим продуктивным геологическим структурам. В сочетании с данными геолого-геоморфологического изучения рельефа дна моря соотнесения таких пятен нефти с локальными геологическими структурами в виде складок слоев осадочных пород, трещиноватых зон, разрывных нарушений и т.д. не представляет принципиальных затруднений.
Хорошо известно, что в нефтегазоносных районах морей часто можно обнаружить скопление нефти на поверхности моря. Обычно нефть всплывает на поверхность с пузырьками газа; пузырьки лопаются, а нефтяная пленка остается на поверхности (рисунок 1).
Рисунок 1. Пятна всплывшей нефти на поверхности Каспийского моря
В зависимости от количества, свойств нефть образует пленки, которые подавляют мелкомасштабное ветровое волнение (волны ряби) и образуют пятна выглаживания, именуемые сликами; эти пятно можно отчетливо наблюдать из космоса с помощью радиолокационной съемки. Преимущества современных спутников с РСА, таких как Radarsat и Envisat состоят в широком обзоре (до 400-500 км) и малым временем между двумя последовательными съемками одного и того же участка местности. На радиолокационных изображений (РЛИ) МП достаточно легко обнаружить нефтяные пятна, происхождение которых связано с подводными источниками нефти и газа.
Подводные источники пластовых флюидов могут быть выявлены над проницаемыми зонами земной коры в виде разломов, трещин и каверн, осложняющих обычно своды складок, грязевых вулканов, грифонов и др. В настоящее время на Земле установлено около 900 грязевых вулканов, из которых примерно 400, т.е. почти половина, расположена в Южно-Каспийской тектонической впадине в виде наземных, островных и подводных сооружений (рисунок 2) . Главным условием грязевого вулканизма является наличие осадочного покрова мощностью несколько километров, содержащего пластичные глинистые толщи, которые при обводнении способны разбухать, внедряться в лежащие выше породы и формировать инъективные дислокации. Активность этого процесса резко возрастает во время землетрясений. Грязевые вулканы выносят на поверхность огромные массы пластовых флюидов, а также вмещающих пород, и служат индикатором нефтегазоносности, а также показателем вод моря с подземными флюидами.
Необходимость познания особенностей разгрузки подземных флюидов и, в частности, грязевого вулканизма Южного Каспия, затрагивает три наиболее актуальных в практическом отношении проблемы.
Рисунок 2. Распространение грязевых вулканов в Южно-Каспийском регионе
Первая проблема является традиционной и касается вопросов нефтегазоносности Южно-Каспийской тектонической впадины. Закономерная связь между грязевыми вулканами и нефтяными месторождениями этой впадины была подмечена на рубеже XIX-XX вв. и подтверждена многолетней практикой разработки богатейших морских нефтяных промыслов. В неосвоенной части Южно-Каспийской впадины промышленные скопления нефти и газа, несомненно, будут выявлены в мезозойско-кайнозойских отложениях в пределах антиклинальных складок, осложненных разрывами и грязевыми вулканами [1].
Вторая проблема сводится к определению форм связи гидрологии и гидрохимии вод Каспийского моря с флюидами земной карты, в частности, с потоками подземных вод, нефти и газов, поставляемых грязевыми вулканами [2].
Каспий представляет собой своеобразную саморегулирующую систему. По крайне мере в отдельные отрезки времени гидрологический режим этой системы проявляет признаки автономности по отношению к изменениям климата, а также региональным тектоническим движениям. Поэтому не случайно поиск причин такой саморегуляции в настоящее время направлен на оценку особенностей взаимодействия вод Каспийского моря с флюидодинамическими системами недр и, в частности, с грязевым вулканизмом [3].
Третья проблема связана с необходимостью оперативного мониторинга загрязнения вод Каспийского моря за счет природных и антропогенных факторов. До сих пор при оценке степени антропогенных воздействия на жизнь Каспийского моря допускается, что все компоненты экосистемы этого моря обязательно отражают влияния речного стока [4]. Потоки вредных веществ, которые поступают из недр в моря за счет разгрузки высокоминерализованных пластовых вод, нефти и газов, при этом, однако, не учитываются. Несомненно, в пределах Южного Каспия существует две основные зоны устойчивого антропогенного загрязнения вод моря нефтью: западная (Апшеронский порог с Бакинским архипелагом) и восточная (туркменский сектор). Очаги загрязнения, выявленные вдали от берегов в центральной части моря, «списываются», как правило, целиком на неприглядную деятельность судов и нефтяных промыслов, либо на трансграничный перенос загрязнений из вод соседних государств, что представляется не вполне правомерным.
Очевидно, что радиолокационные методы ДЗЗ могут дать дополнительную информацию о подводных источниках разгрузки пластовых флюидов и нефти в осадочных бассейнах, и повысить эффективность регионального и поискового этапов морских геологоразведочных работ.
Для изучения пятен нефти в Каспийском море из архива акционерного общества «Национальный центр космических исследований и технологий» Национального космического агентства Республики Казахстан были отобраны шесть пар изображений (рисунки 3, 4).
Рисунок 3. Покрытие юго-западной части Каспийского моря съемками спутника Envisat На радиолокационных изображениях (РЛИ) юго-западной части Каспийского моря, полученных со спутников Envisat (размер кадра 100х100 км, разрешение 25 м) , которые были получены в период с июля 2003 г. по октябрь 2004 г. обнаружено большое количество нефтяных пятен естественного происхождения. На основе компьютерной обработки и визуального дешифрирования радиолокационных изображений (РЛИ), а также сопоставления с данными морских геолого-геофизических исследований и использование ГИС, установлена связь этих пятен с разгрузкой подземных флюидов (нефти, газов, пластовых вод) в Южно-Каспийской тектонической впадине. Показана значимость разгрузки подземной нефти на экологическое состояние Каспийского моря.
Рисунок 4. Радиолокационные изображения юго-западной части Каспийского моря со спутника Envisat от 05.07, 09.08 и 18.10.2003 г., 22.03, 31.05 и 02.10.2004 г.
При построении карты распределения пленочных образований предварительно проводилась радиометрическая коррекция и фильтрация РЛИ, географическая привязка к цифровой карте и интерактивное выделение темных пятен (пятен нефти). При выделении пятен на РЛИ учитывались повторяемость появления сликов в одних и тех же местах в разное время, степень их кластеризации и приуроченность к локальным структурам осадочного чехла.
При анализе также учитывалось положение пятен относительно судоходных трасс, объектов топливно-энергетических комплексов (ТЭК); их размер и форма в зависимости от скорости ветра и состояния поверхности моря. С морфологической точки зрения рассматривались, в основном, пятна, которые имели линейную форму. Учитывался также дрейф пятен в поле поверхностных течений. Тем самым из рассмотрения исключались те слики, которые могли быть обусловлены процессами в верхнем слое моря или атмосфере, а также антропогенным загрязнением [29] . Сводная карта нефтяных пятен показана на рисунке 5. В период с июля 2003 г. по октябрь 2004 г. в течение каждого из шести сеансов РЛ-съемок на поверхности моря наблюдалось от 30 до 98 пятен нефти (смотрите таблицу 1).
Рисунок 5. Сводная карта пятен нефти юго-западной части Каспийского моря; кругами показаны четко выделившиеся кластеры пятен
После обработки РЛИ пятна нефти в виде векторных (информационных) слоев были внесены в специально созданную ГИС. В данном случае ГИС использовалась в качестве системы, позволяющей сводить воедино и анализировать разнородные данные, полученные из разных источников. Она была создана на основе карт масштаба 1:500 000, уточненных по данным съемок с американского искусственного спутника Земли Landsat. В результате ГИС на южно-западной части Каспийского моря имела следующие векторные слои: а) береговая линия, б) прибрежная гидрография (реки и озера), в) населенные пункты, г) государственные границы, д) батиметрия; е) грязевые вулканы [5]; ж) локальные структуры осадочного чехла (рисунок 6) [6], з) эпицентры землетрясений (рисунок б), и) обобщенная схема тече-
ний Каспийского моря [б].
Таблица 1. Количество пятен, площадь и объемы загрязнения
№ Дата съемки Время, UTC Ветер, скорость м/c и направление Кол-во пятен Средняя площадь пятна, км2 Общая площадь , км2 Максимальный объем выброса, тонн день/год
1 05.07.2003 06:56 3-6 Ю/ЮВ 30 3,4 101,6 35,56/12979
2 09.08.2003 06:56 4-6 Ю/ЮВ 78 1,5 113,9 39,80/14525
3 18.10.2003 06:56 2-4 Ю/ЮЗ 52 1,3 66,7 23,35/8520
4 22.03.2004 06:53 2-3 СЗ/ЮВ 64 0,5 31,4 10,99/4011
5 31.05.2004 06:53 2-3 СЗ/ЮВ 98 1,3 127,2 44,52/16250
6 02.10.2004 06:56 2-3 СЗ 32 0,6 19,3 6,75/2465
Карта приуроченности пятен нефти к локальным нефтегазоносным структурам показана на рисунке б, а на рисунке 7 — сейсмический профиль через ряд из них. Сопоставление сводной карты (рисунок 5) с картой локальных структур осадочного чехла Южно-Каспийской впадины (рисунок 6) позволило установить, что пятна нефти концентрируются на поверхности моря примерно в одних и тех же местах и распределены на поверхности моря неравномерно. Преобладающее число пятен сосредоточено над глубоководной частью Южного Каспия (глубины моря от 500 до 700 м) в 30-40 км к востоку от свала глубин. Полоса распространения пятен нефти имеет ширину от 50-60 км и простирается в меридиональном направлении на 140 км, сужаясь на севере и юге до 20 км. Плотность пятен существенно уменьшается как в северном, так и восточном направлениях. Ряд пятен приурочен к мелководной части моря с глу-
бинами не более 100 м. Площадь отдельного пятна составляет в среднем 1,5 км2. В тех местах, где концентрируются пятна нефти, на дне расположены характерные положительные формы подводного рельефа (рисунок 5).
Рисунок 6. Соответствие локальных структур осадочного чехла Южно-Каспийской тектонической впадины и пятен нефти, обнаруженных на радиолокационных изображениях. Светло-коричневый цвет: вывяленные структуры, темно-серый: перспективные структуры; линия А-В - сейсмический разрез, показанный на рисунке 7
Из анализа рисунков 5 и 6 также следует, что распределение нефтяных пятен на поверхности моря в целом согласуется со строением осадочного покрова рассматриваемой части Южно-Каспийской тектонической впадины. В азербайджанском секторе Южного Каспия нефтяные пятна появляются над грязевыми вулканами, которые расположены в сводах пяти линейных антиклинальных складок северо-западного простирания. Эти складки прослеживаются в глубоководной и мелководной частях моря со стороны соседней территории и имеют прямую выраженность в рельефе дна, особенно в пределах континентального склона (рисунок 5). Первая антиклинальная складка представляет собой цепочку локальных структур Астара-дениз (Д-43) — Ленкорань-дениз — Талыш-дениз — Кызылагач-дениз. Вторая складка объединяет локальные структуры Ирс (Д-44) — Курган-дениз — Аран-дениз — Кюрдаши. Третья складка образована цепочкой локальных поднятий Д-35 — Инам — Гисас-гюню и протягивается к устью р. Кура. Четвертая складка образована локальными структурами Д-5 (Азекбери) — Д-34 — Ширван-дениз. Наконец, пятая складка представляет собой крупное локальное поднятие Нахичевань, в районе которого 31 мая 2004 г. выявлено единичное пятно нефти.
Рисунок 7. Сейсмический разрез по линии А-В
Промышленная разработка ряда морских месторождений нефти и газа в продуктивной толще с давних пор ведется в пределах Апшеронского прогиба, а в Нижнекуринско-Энзелийском бассейне такая добыча осуществляется пока только на суше в антиклинальной зоне, объединяющей цепочку локальных поднятий Нефтечала — Хиллы — Дюровдаг — Бабазан — Сальян — Карабаглы — Кюровдаг. Морским продолжением этой зоны является цепочка локальных поднятий Нефтечала-дениз — Инам — Д-35 (рисунок 6).
В настоящее время подводные локальные структуры Инам, Кюрдаши, Курган-дениз, Ленкорань-дениз, Савалан и Д-43 (Астара-дениз) (рисунок б) рассматриваются как перспективные нефтегазоносные (с категорией потенциальных ресурсов С3). Нефтегазоносность множества других локальных поднятий, выявленных в морской части Нижнекуринско-Энзелийского осадочного бассейна до появления РЛ-данных оставалась неопределенной.
На основе анализа карт (рисунки 5, б) сделан вывод, что скопления пятен, отобразившихся на РЛИ, являются результатом активности подводных грязевых вулканов и грифонов, находящихся в относительно спокойной грифонно-сальзовой стадии, характеризующейся выделением небольших объемов газов, воды и нефти.
Таблица 2. Приуроченность наблюдаемых на РЛИ пятен к локальным структурам осадочного чехла
Дата съемки Выявленные и перспективные структуры
05.07.2003 Ширван-дениз, Инам, Курган-дениз, Салаван, Ирс, Д-7, Д-20, Д-21, Д-35, Д-52, Д-54
09.08.2003 Ширван-дениз, Инам, Курган-дениз, Салаван, Ирс, Д-7, Д-20, Д-35, Д-45, Д-52, Д-55, Д-54
18.10.2003 Ширван-дениз, Инам, Курган-дениз, Салаван, Ирс, Д-5, Д-7, Д-21, Д-35, Д-45, Д-52, Д-54, Д-56, Д-65
22.03.2004 Д-7, Д-21, Д-29, Д-45, Д-52, Д-53, Д-55, Д-56
31.05.2004 Салаван, Д-21, Д-26, Д-35, Д-39, Д-42, Д-45, Д-52, Д-55, Д-59
2.10.2004 Ширван-дениз, Инам, Д-21, Д-45, Д-55, Д-56, Д-65
Таким образом, зафиксированные на РЛИ пятна нефти служат признаком достаточно мощного потока флюидов из недр Нижнекуринско-Энзелийского осадочного бассейна и свидетельствуют о том, что перечисленные выше локальные структуры этого бассейна являются нефтегазоносными. Пятна нефти наиболее часто появлялись над следующими локальными структурами (смотрите таблицу 2) : Ширван-дениз, Инам, Курган-дениз, Салаван, Ирс, Д-7, Д-20, Д-35, Д-45, Д-52, Д-54 и Д-55, причем только три из них, а именно: Инам, Курган-дениз и Салаван в настоящее время считаются перспективными.
ЛИТЕРАТУРА
1. Кантемиров Ю.И. Обзор современных радиолокационных данных ДЗЗ и методик их обработки с использованием ПК SARscape// Журнал «Геоматика» 2010, №3, с. 42-46.
2. Никольский Д.Б. Сравнительный обзор современных радиолокационных систем // Журнал «Геоматика» 2008, №1, с. 11-17.
3. Никольский Д.Б. Использование данных ДЗЗ// Журнал «Геоматика» 2008, №1, с. 47-50.
4. Шовенгерт Р. А. Основы дистанционного зондирования Земли// Книга «Дистанционное зондирование. Методы и модели обработки изображений» 2007, с 17-19.
5. Диарова М.Д. доклад члена-корреспондента НАН РК, доктора геолого-минералогических наук "Влияние деятельности нефтегазового комплекса на природную среду Северного Каспия" http://www.caspinfo.ru/news/zips/Diarov.zip
6. Беркелиева Т. новая аналитическая статья "Главные экологические проблемы Каспийского моря". http://www.caspinfo.ru/news/zips/Timur05_02.zip.
7. Экология Каспия. http://www.caspinfo.ru/data/2000.HTM/000213.HTM
8. Кокшаров А. два полюса Каспийского моря// Журнал «Эксперт» 2002, №20 (327), с 25.
9. Смирнов С. Ау, я тебя все равно найду. Газовые реалии Казахстана// Журнал «Нефтегазовая Вертикаль» 2009, №10, с. 38.
10. Голубчиков С., Книжников А. «Защитят ли экологи Каспий?» // Книжное обозрение 2009.
11. Kinman M., Knizhnikov A.. The need for Public Participation in Resolving the Complex Oil Spill Prevention and Response Issue Facing the Caspian Sea // Crude Accountability, 2009.
