CC BY
61
1.Д. Багрiй, М.Ю. Грига
1нститут геолопчних наук НАН Укра'Гни
ПОШУКИ МЕТАНОГ1ДРАТ1В НА КОНТИНЕНТАЛЬНОМУ СХИЛ1 ЧОРНОГО МОРЯ
Методику СТАГД (сmрукmурно-mермо-аmмогеохiмiчних до^джень) було адап-товано для пошуку покладiв метаногiдратiв. Виявлено поклад метаногiдратiв в межах Британськог площi на континентальному cxwii Чорного моря. Ключов слова: прогнозування покладв вуглеводнiв, метаногВрати, схил Чорного моря.
Вступ
Одна з перспективних можливостей збшьшення ресурсно! бази для Укра!ни та усього свггу пов'язана з пошуками та розвщкою родовищ газогщрапв. Газогiдрати, як потенцшш енергетичнi ре-сурси вже активно дослщжують в Японп, Кита!, 1ндп, США, Пiвденнiй Коре!. Серед пiвденних морiв ввразп Чорне море мае найбiльшi потенцiйнi ресурси гщратного газу, зокрема метанового газогщрату [20]. Значнi перспективи промислового освоення, шлях1в виникнення та можливостей пошуку газогщрапв як св!то-вих акваторш, так i Азово-Чорноморського регiону, описано в ба-гатьохроботах [2, 4, 5, 9, 10, 11, 12, 15, 17, 18, 19, 20, 21 та ш.] та е сучасним актуальним напрямком розвитку нафтогазово! геологи.
Вперше метановi газогщрати (меаногiдрати) в Чорному морi було знайдено А. Г. вфремовою та Б. П. Жижченко [7]. В ход! наступ-них дослщжень !х виявлено в 10—12 точках глибоководно! западини Чорного моря [17 та ш.]. Передбачаеться, що основна маса газiв та власне метану газогщратного покладу мае глибинне походження [15, 17 та 1н.]. Про це свщчить гх зв'язок з глиняним дiапiризмом, грязьовими вулканами, складчастими зонами, ускладненими тек-тошчними порушеннями [15], розташуванням в зонах зовшшнього шельфу та материкового схилу в межах циркумчорноморського роз-лому та в зонах палеодолин, де фжсуються регiональнi та глибинш розломи [17]. Було видшено два основних типи газогiдратних по-кладiв у глибоководних длянках Чорного моря, а саме: 1 — газогщрати, пов'язаш з мiграцiйними газами, що надходять по розри-вах та грязьових вулканах; 2 — газогщрати конуав виноав р!чок [6].
© 1.Д. БАГР1Й, М.Ю. ГРИГА, 2015
Рис. 1. Британська площа на частиш Карти фонду структур Чорного та Азовського морiв (за матерiалами ТЦ ДГП «Укргеоф1зика», зi змiнами авторiв): 1 — iзобати глибини моря; 2 — ло-кальнi структури; 3 — Британська площа; 4 — глибинш розломи та порушення: 5 — суб-мерiдiональнi глибиннi розривш порушення; тектонiчне районування: 6 — виступи, вали; 7— прогини, западини
Територ1я дослщжень, названа «Британська площа», вщповщае зош континентального схилу на глибиш 860—1200 м, в межах двох структр — Британська-1 та Британська-2 (рис. 1), яю е перспективними для пошуыв поклад1в вуглеводшв (ВВ). Метою роботи була апробащя методики структурно-термо-атмогеох1м1чних дослщжень (СТАГД) для виявлення поклад1в метаногщрапв на Британськш площ1.
Методика
Методика СТАГД являе собою оригiнальну, маловитратну, експресну запатентовану технологiю, яка методолопчно й iнформацiйно базуеть-ся на системному аналiзi геологiчних передумов, зокрема низщ сприятливих структурно-тектонiчних, лiтолого-стратиграфiчних, атмогеохiмiчних та термо-метричних ознак i критерив нафтогазоносностi. Методологiю СТАГД розроблено з позицш розломно-блоково! тектонiки, на засадах осадово-м^рацшно! теори походження нафти i газу та геосинергетично! концепци природних вуглеводнеге-неруючих систем [3], з урахуванням геодинамiчних, сейсмо-геологiчних, стра-тиграфiчних, седиментологiчних, флюlдодинамiчних, геохiмiчних та шших гео-логiчних показник1в нафтогазонакопичення.
Як доведено геолопчною практикою, тай зони активно впливають на умо-ви формування та зберiгання поклащв ВВ, визначаючи мiсця активiзацil сучас-них геодинамiчних процесiв, формування зон трщинуватосп та розущiльнення гiрських порщ, шляхи мпраци до земно! поверхш рiзних за складом i походжен-ням флющв, в тому чи^ й тих, що е шдикаторами покладiв ВВ. Саме цi 1х особ-ливостi обумовлюють широке застосування при пошуках ВВ комплексу еко-номiчно менш витратних та дистанцшних методiв.
Основна увага при виконанш дослiджень в межах Британсько! площi придiлялась вирiшенню двох задач:
1) визначенню геоструктурно! позици площi дослщження на основi аналiзу розломно-блоково! тектошки та дешифрування аеро- та космофотозшмйв;
2) визначенню характеру параме^в нафтогазонакопичення, що, з одного боку, визначають шляхи мiгращl ВВ, а з другого — дозволяють ощнити сучасну гер-метичнiсть потенцшних пасток ВВ, необх1дну для 1х накопичення та збереження, на основi картування слабо порушених та слабофлющопроникних дiлянок.
СТАГД на представленiй територп передбачала виконання комплексу морських експедицшних та лабораторних дослiджень за такою схемою: геост-руктурнi дослiдження, структурно-неотектошчне дешифрування аеро- i космо-фотозшмыв, польовi термометричнi та газово-еманацiйнi дослщження (Кп, вiльнi ВВ), обробка отриманих експериментальних даних та побудова карто-графiчного матерiалу.
Геоструктурнi дослiдження мають за мету аналiз розломно-блоково! тек-тонiки з урахуванням геодинамiчних i морфокiнематичних характеристик роз-ломiв та форм 1х вiдображення у фундамент i чохлi. Структурно-неотектонiчне дешифрування космо- та аерофотозшмыв виконуеться з метою виявлення нео-тектонiчно активних порушень на основi 1х закономiрного зв'язку з певними типами сучасних структур i формами рельефу за допомогою структурного аналiзу ландшафтно-геоморфологiчних особливостей сучасно'1 поверхнi Землi.
Геоструктурна шформащя е вихiдною при виборi оптимально! мережi точок iнструментальних польових робгг, що включають атмогеохiмiчнi, термометричнi та еманацшш радонометричнi дослiдження.
Теоретичною основою геохiмiчних пошукiв родовищ ВВ е уявлення про ди-фузiйно-фiльтрацiйний масоперенос вуглеводневих газiв (та низькомолекуляр-них рщких ВВ) iз нафтогазових покладiв у перекриваючi осадовi породи [14, 16]. При пошуках ВВ газометрична зйомка виконуеться з метою виявлення аномалш концентрацш метану та його гомолопв, а також алкенiв. За просторовим розмщенням та iнтенсивнiстю аномалш потоыв ВВ оцiнюеться як загальна перспективнiсть дiлянки, так i стушнь герметизаци прогнозованого нафтогазо-вого покладу. В деяких випадках важливу шформащю надае визначення конце-нтрацiй вуглекислого газу, водню та гелiю.
При радонометричних дослiдженнях у морських акваторiях випробуеться придонний шар морсько! води. Нашнформатившшим серед радiоактивних iзо-тошв придонно! води е 222Яп, основними джерелами пщвищених концентрацiй якого е пщземш води в зонах субмаринного розвантаження. Внесок радону за рахунок шших шляхiв надходження невеликий i звичайно на порядок менший, шж фоновий вмiст у водах рж, озер i морiв. Оскiльки планове розмщення таких зон контролюеться розривними порушеннями, радоновi аномалГ! дають можливють судити про просторове положення розломних зон пщвищено! про-никносп [3].
Температурнi аномалГ! донних вiдкладiв використовуються як iндикатори теплових потоюв з мiсць накопичення ВВ [13], що дозволяе розглядати 1х як до-даткову характеристику вуглеводневих покладiв.
Обробка та iнтерпретацiя даних польових дослщжень передбачае аналiз просторового розмщення та зютавлення аномалiй рiзноманiтних параметрiв еманацiйного поля, полiв вуглекислого газу, гелш, вуглеводнiв i температури на основi ПС-технологiй та методiв статистичного аналiзу. З урахуванням цих даних створюються картографiчнi моделi дослщжувано! територГ!, за якими вiдоб-ражуються прогнознi контури покладiв ВВ.
В процес СТАГД в межах Британсько! площi reoxiMi4Ha зйомка виконува-лась одночасно з еманацшною i термометричною. Bw6ip проб проводився в межах тих самих станцш i з liei ж глибини. Вiдбiр проб придонно! води було вико-нано пробовiдбiрником-дегазатором ПДБК-3М — приладом, розробленим фаxiвцями 1ГН НАН Укра!ни. Проби газiв дослiджувалися на хроматографах, а еманащйт дослiдження здiйснювались в автономий лаборатори на борту судна. В процес зондування дна шляхом занурення спещально розроблених термо-зондiв у донш вiдклади на глибину до одного метра проводились вимiрювання температури, глибини дна водойми та глибини занурення датчиив. В процесi експедицшних СТАГД на Британськiй площi було отримано фактичнi матерiали з 26 станцш в сумарнш кiлькостi 312 вимiрювань.
Об'ект дослiджень
Британська площа розташована на територи швшчно-захщно! частини континентального схилу, в межах шдводного масиву Ломоносова, а са-ме в його крайнш заxiднiй частит (рис. 1). З пiвночi масив обмежений прогином Дворянииа, з швдня — Швшчно-ввксинським розломом, з заходу — Одеським субмеридюнальним глибинним розломом. Ломоноавський пiдводний масив було вщкрито в 1989 роцi з борту науково-дослщного судна «Михайло Ломоносов» експедищею пiд керiвництвом академiка 6.Ф. Шнюкова. На сьогоднiшнiй день це едине вiдоме вiдслонення кристалiчниx порщ на днi Чорного моря. Складний розподiл вулканiчниx i плутонiчниx прських порiд рiзного (крейда-палеоген) вiку в межах одного масиву визначаеться значною мiрою тим, що пiдводний массив Ломоносова лежить на межi рiзниx типiв кори. Тут спостерiгаеться складна структура фундаменту, наявнють окремих блойв, включень гетерогенних вул-кашчних утворень [8].
Ця частина континентального схилу Чорного моря ускладнена системою суб-паралельних каньйонiв V-подiбноl форми шириною 150—2500 м, глибиною 400— 500 м до 1000 м. Пошуки родовищ у гiдрогеологiчниx басейнах по тектошчних по-рушеннях, в блоках мiж ними, в долинах рiчок (в тому числi i прарiчок), каньйонiв чи в безпосереднш близькостi вiд них на перетиш цих морфоструктур тектонiчни-ми порушеннями мають велик1 перспективи.
Структури Британська-1 та Британська-2 видiлено сейсморозвiдкою МЗГТ в 2001р. ПЦМГД «Одесморгео» ДГП «Укргеофiзика» за даними iнтерпретацil регюнальних профiлiв WG (1994р.) [2]. За структурною картою по горизонту вщбиття IV (пщошва нижньо! крейди) вони видшяються як просторово зближенi субпаралельш антиклiналi пiвнiчно-сxiдного простягання розмiрами вщповщно 11 х 1,5 i 4 х 1,2 км. Бшьша за розмiрами структура Британська-1 ускладнена дво-ма куполами. Цi антиклiналi роздшеш мiж собою та обмеженi з пiвночi й пiвдня узгодженими по простяганню розривними порушеннями. У поперечному пере-тинi структури Британська-1 та Британська-2 вщповщають окремим уступам континентального схилу, що ускладнюють його та мають характерну зворотно-схщчасту будову, зумовлену лютричною динамiкою блокових перемiщень [2].
Результати дослщжень
На територГ! дослiджень в межах Британсько! площi було отрима-но данi про концентрацш насичених вуглеводнiв: метану (СН4), етану (С2Н6), пропану (С3Н8), iзобутану (1С4Н10), бутану (пС4Н10),; ненасичених вуглеводшв: етилену (С2Н4), пропiлену (С3Н6); радону (Яп). Також визначено температуру донних вiдкладiв (Т) та глибину дна водойми (Н). ПроаналГзовано зако-номiрностi розподiлу газових, еманацiйних i температурних показникiв. Визначено кореляцiйнi зв'язки мiж газовими параметрами, реалiзовано факторний анаиз, побудовано карти розподiлу шформативних показникiв на територГ! дослiджень.
СлГд зазначити, що на Британськiй площГ серед вуглеводневих газГв лише метан, етан та етилен було зареестровано на всГх станцiях СТАГД, бутани та пропшен — в поодиноких пробах, а пропан — в третиш вщбраних проб. Метан складае понад 99 % вщ концентрацш уах вуглеводневих газГв, зареестрованих на територГ! дослiджень. Вiдзначимо, що значення концентрацГ! метану на 4—5 порядив вищГ нГж зареестрованi в межах швшчно-захщного шельфу Чорного моря, зокрема на Одеському та Безiменому газових родовищах [3]. КонцентрацГ! етану також вищГ в середньому на два порядки. Значення концентрацш водню та етилену, навпаки, на два порядки меншГ
За результатами факторного анаизу атмогеохiмiчних показникiв методом головних комронент було визначено, що на дослГджену систему впливають чоти-ри основш фактори серед п'ятьох розрахованих. Перший фактор представлений етаном, який характеризуе систему на 38 %. Другий фактор представлений метаном (31 %). До третього фактора входить водень 1(6 %), Г до четвертого — вугле-кислий газ (9 %). ПершГ два фактори е основними.
1нформативними показниками нафтогазоносностТ в межах Британсько! площГ виявилися метан, етан, водень, вуглекислий газ, а також, як незалежш по-казники, радон Г температура донних вГдкладГв. Сумарний картографГчний ма-терГал шформативних показниыв об'еднано в таблицю.
За результатами СТАГД (рис. 2) прогнозуеться наявшсть вуглеводневого на-сичення в межах Британсько! групи структур. РозподГл концентрацш метану на-
Обернена матриця факторних вщображень F та показники дисперс1й о атмогеох1м1чних показник1в на Британськ1й площ1
F Fl F2 F3 F4 F5
CH4 0,11 0,93 0,17 -0,13 -0,27
C2H6 0,93 0,11 0,06 -0,28 0,22
C2H4 0,22 -0,28 0,03 -0,12 0,92
H2 0,05 0,14 0,99 -0,07 0,03
CO2 -0,26 -0,12 -0,08 0,95 -0,11
о (%) 38 31 16 9 5
Сiрим видiлено значущi показники в межах кожного фактора
Бр-2 .
Рис. 2. Розподiл шформативних показниыв СТАГД на територи дослщжень: а — карта роз-подiлу концентраци метану, б — карта розподшу концентраци етану, в — карта розподшу концентраци вуглекислого газу, г — карта розподшу концентраци водню, д — карта розподшу концентраци температури донних вщклад1в, е — карта розподшу концентраци радону. Умовш по-значення: 1 — станци СТАГД, 2 — прогнозна дшянка на пошуки поклад1в метаногщратав, видiлена за результатами анал1зу аномального поля розподiлу концентрацш метану, 3 — конту-ри структур Британська-1 1 Британська-2 по горизонту вщбиття IV, 4 — розривш порушення
бувае вигляд типово! кшьцево! аномали. Такий характер аномального поля е одним з пошукових критерпв вуглеводневих поклад1в [3, 14]. Кшьцев! аномали ха-рактеризуються максимальними значеннями показниюв на перифери та мшмальними в центральнш частиш аномально! зони. Юльцева аномаия метану розташована в межах схщних частин структур Британська-1 та Британська-2. (рис. 2, а).
Водень та етан створюють часткову кшьцеву аномалш навколо прогнозного покладу за аномальним полем метану, з мш1мальними показниками або вщсутшми показниками (для водню) в його межах (рис. 2, б, г). Под1бш особли-вост! вщображення покладу в газогеох1м1чних полях можуть бути спричинеш тим, що метаногщратний поклад е непроникною товщею для газ1в, що поступа-ють з надр [11, 17].
Для вуглекислого газу, навпаки, характерш пщвищеш показники в межах покладу, яы створюють центральну контрастну аномалш (рис. 2, в). Под1бне вщображення аномального поля притаманне також 1 температур! донних вщклащв (рис. 2, д). Для територи дослщжень характерн! аномально висок! тем-пературн! показники. Перес!чно вони складають 9 °С, а !х максимальн! значення сягають 9,2 °С, що е одними з найвищих значень температури донних в!дклад!в, зареестрованих на вс!х площах СТАГД в межах швшчно-захщно! акватори Чор-
Рис. 3. Дшянка, перспективна для пошуив покладу метаногщралв в межах Британсько!' площ1 1 — розломш зони; 2 — 1зогшси горизонту вщбиття IV; 3 — станци СТАГД; 4 — профш СТАГД
ного моря. Позитивш температурю аномалп можуть вказувати на наявшсть газового покладу [13]. Найвищ1 температурш показники зареестроваш в межах центрально! частини кшьцево! аномалп метану (рис. 2, д).
Аномальне радонове поле, яке е картувальною ознакою тектошчно напру-жених зон, оконтурюе кшьцеву аномалш метану та видшяе в Г! межах геоди-нам1чно-стабшьну зону (рис. 2, е). Локальне пщвищення концентрацп радону, яке простежуеться на заход1 структури Британська-1, може бути ознакою наяв-ност канаив розвантаження газових поток1в. Мш1мальш значення концент-рацш радону спостер1гаються в межах структри Британська-2.
Висновки
Основш прогнозш перспективи територп дослщжень в межах Британсько! площ1 за результатами СТАГД пов'язують з газовим покладом, який видшяеться в аномальних полях метану, етану, водню (кшьцев1 аномаия), вугле-кислого газу 1 температури донних вщклад1в (центральш аномалп). Поклад «гер-метичий», на що вказуе розподш аномальних показниыв концентрацш радону.
Газовий поклад на Британськш площ1 трактуеться саме як поклад мета-ногщрапв, зважаючи на значш показники концентрацш метану (на порядки бшьш1, шж над газовими родовищами шельфово! зони), його здатнють екрану-вати шдток глибинних компоненпв, в тому числ1 водню, частково етану та ш.
ВВ, а також вщсутнють сшвпадшня з контурами структр, що е типовою характеристикою усгх прогнозних дшянок в межах швычно-захадного та Прикерченсько-го шельфу i схилу Чорного моря [2, 3]. Прогнозний поклад зображено на рис. 3.
Отже, передбачаеться, що в межах Британсько! площi вуглеводт шляхом мпраци з нижчезалягаючих нафтогазоперспективних товщ структур Британсь-ка-1 та Британська-2, за сприятливих термодинамiчних умов та гiдрологiчних i гiдрогеохiмiчних режимiв, утворили поклад метаногiдратiв.
СПИСОК Л1ТЕРАТУРИ
1. Багрш 1.Д. Прогнозування вуглеводневих поклад1в на континентальному схил1 захщно-чорноморсько! западини (за атмогеох1м1чними та температурними даними). // Геол. журн. — 2010. — № 1. — С. 66—76.
2. Багрш 1.Д. Розробка геолого-структурно-термо-атмогеох1м1чно1 технологи прогнозування пошушв корисних копалин та ощнки геоеколопчного стану довкшля. — К.: Логос, 2013. — 511 с.
3. Гожик П.Ф., Багрш 1.Д., Войцицький З.Я. та т. Геолого-структурно-термоатмогеох1м1чне обгрунтування нафтогазоносносп Азово-Чорноморсько! акватори. — К.: Логос, 2010. — 419 с.
4. Гожик П.Ф., Багрш 1.Д., Знаменська Т.О. та т. Геолого-термоатмогеох1м1чт передумови вуглеводнево! перспективносп континентального схилу захщно-чорноморсько! западини. Геол журн. — 2008. — № 3. — С. 95—107.
5. Гожик П.Ф., Краюшкин В.А., Клочко В.П.К проблеме промышленного освоения черноморских газогидратов в прибрежье Украины. // Геол. журн. — 2004. — № 2. — С. 7—20.
6. Горшков А.С., Мейснер Л.Б., Туголесов Д.А. Перспективы нефтегазоносности Черноморской глубоководной впадины // Геология морей и океанов. Тез. докл. 10 Междунар. школы морской геологии. — 3. — М., 1992. — С. 219.
7. Ефремова А.Г., Жижченко Б.П. Обнаружение кристаллогидратов газов в осадках совре-ментх акваторий // Докл. АН СССР. — 1974. — 214, № 5. — С. 1179—1181.
8. Коболев В.П. Геодинам1чна еволюц1я Чорноморсько! мегазападини та структур и обрам-лення (за геоф1зичними даними): автореф. дис. на збодуття наук. ступеня д-ра геолог. наук: 04.00.22 / В. П. Коболев. — К., 2002. — 36 с.
9. Лукин А.Е. О Роли процессов газогидратообразования в формировании нефтегазоносных бассейнов. // Геол. журн. — 2007. — № 2. — С. 7—29.
10. Макогон Ю.Ф. Газогидраты. История изучения и перспективы освоения. // Геология и полезные ископаемые Мирового океана. — 2010. — № 2. — С. 5—21.
11. Макогон Ю.Ф. Газогидраты Черного моря. // Нафта 1 газ Укра!ни. Матер1али 9-! Мшнарод-но! науково-практично! конференций «Нафта 1 газ Украши — 2013». — Л.: «Центр бвропи». — 2013. — С. 174—175.
12. Макогон Ю.Ф. Природные газовые гидраты: распространение, модели образования, ресурсы. // Рос. хим. ж. (Ж. Рос. хим. об-ва им. Д. И. Менделеева). — 2003, — тХЕУП, — № 3, — С. 70—79.
13. Осадчий В.Г., КуксовГ.А., Ковалик В.В. Морская геотермосъемка — К.: Наукова думка, 1974.
14. Соколов В.А. Геохимия природных газов. — М.: Недра, 1971. — 333 с.
15. Сокур О.Н., Геворкьян В.Х. Стратегический резерв углеводородного сырья XXI столетия — метановые газогидраты морских бассейнов // Геология и полезные ископаемые Мирового океана. — 2006. — № 3. — С. 52—61.
16. Справочник по геохимии нефти и газа / под ред. С. Г. Неручева. — СПб.: Недра, 1998. — 576 с.
17. ШнюковЕ.Ф. Газогидраты метана в Черном море // Геолог. и пол. ископ. Мирового океана. — 2005. — № 2. — С. 41—52.
18. Шнюков Е.Ф., Гожик П.Ф., Краюшкш В.О., Клочко В.П. Напередодш свггово! розробки суб-маринних метаногщралв // Геол. Журн. — 2007. —№ 1. — С. 12—18.
19. Шнюков Е.Ф., Гожик П. Ф, Краюшкн В. О., Клочко В. П. В трех шагах от субмаринной добычи газогидратов // Геология и полезные ископаемые Мирового океана. — 2007. — № 1. — С. 32—51.
20. Шнюков Е.Ф., Коболев В.П., Пасынков А.А. Газовый вулканизм Черного моря / Е.Ф. Шнюков, В.П. Коболев, А.А. Пасынков. — К.: Логос, 2013. — 384 с.
21. Шнюков Е.Ф., Коболев В.П., Русаков О.М., Маслаков Н.А. Метан в осадках и водной толще Черного моря: формирование, пути переноса и роль в углеродном цикле (обзор материалов международного семинара) // Геология и полезные ископаемые Мирового океана. — 2005. — № 2. — С. 135—149.
22. Antiopy Tzirita. In situ detection of natural gas hydrates using electrical and thermal properties / Offshore technology research center, 1998. — 219 p.
Статья поступила 21.10.2014
И. Д. Багрий, М. Ю. Грига ПОИСКИ МЕТАНОГИДРАТОВ
НА КОНТИНЕНТАЛЬНОМ СКЛОНЕ ЧЕРНОГО МОРЯ
Методика СТАГИ (структурно-термо-атмогеохимических исследований) была адаптирована для поиска метаногидратов. Была выявлена залежь метаногидратов на Британской площади континентального склона Черного моря.
Ключевые слова: Метаногидраты, склон Черного моря.
I. D. Bagriy, M. Yu. Griga
SEARCHING FOR METHANE HYDRATES
ON THE CONTINENTAL SLOPE OF THE BLACK SEA
The STAGS (structural-thermometric-atmogeochemical studies) technology was adapted for search for gas hydrate fields. Gas hydrate field in the Black sea slope was detected and delineated.
Key words: gas hydrates, Black Sea slope.
