CC BY
1УДК 347.736.5
ПРЕДИКТОРЫ И ИНДИКАТОРЫ ПОЛОЖЕНИЯ НИЖНЕЙ ГРАНИЦЫ ЗОНЫ СТАБИЛЬНОСТИ ГАЗОВЫХ ГИДРАТОВ
И Смирнов Ю. Ю., Матвеева Т. В., Чазов А. О.
ФГБУ «ВНИИОкеангеология», Санкт-Петербург, Россия
E-mail: y.y.smirnov@@mail.ru
В данном исследовании рассмотрено влияние основных предикторов зоны стабильности субмаринных газовых гидратов фильтрационного генезиса на положение ее нижней границы в геологическом разрезе на основе статистической обработки данных и анализа корреляционных связей этих предикторов с индикаторами гидратообразования. В работе анализировались данные по Северному Ледовитому океану и Берингову морю, а в качестве индикатора положения нижней границы зоны стабильности использовался гидратообусловленный отражающий сейсмический горизонт BSR.
Ключевые слова: газовые гидраты, Северный Ледовитый океан, Берингово море, BSR, зона стабильности газовых гидратов.
PREDICTORS AND INDICATORS OF THE BOTTOM OF THE GAS HYDRATE STABILITY ZONE
И Smirnov Yu. Yu., Matveeva T. V., Chazov A. O.
FSBI "VNIIOkeangeologia", St. Petersburg, Russia
In this research, the impact of the primary determinants of the stability range of submarine gas hydrates formed through filtration processes on the positioning of its lower limit within the geological stratum is explored, based on statistical data analysis and examination of correlations between these determinants and indicators of hydrate generation. The study incorporates data from the Arctic Ocean and Bering Sea regions, with the hydrate-influenced reflecting seismic horizon known as BSR serving as an indicator for the location of the lower boundary within the stability domain.
Key words: gas hydrates, Arctic Ocean, Bering Sea, BSR, gas hydrate stability zone.
Введение. Вопросы прогноза условий субмаринного газогидратообразования в высоких широтах продолжают оставаться актуальными в связи со значительным вкладом гидратов углеводородных газов в глобальный цикл углерода на Земле и их чувствительностью к изменениям внешней среды. Первая в истории карта условий стабильности газовых гидратов Северного Ледовитого океана (СЛО) в циркумполярной проекции была построена во ВНИИОкеангеология [1]. Позднее была издана подобная карта на евразийскую часть СЛО [2]. С тех пор в открытых источниках не было опубликовано ни одной подобной работы, а уже имевшаяся карта [2] требовала актуализации с применением современных технологий и актуальных массивов данных.
Методика. Моделирование пространственного распределения зоны стабильности газовых гидратов (ЗСГГ) заключается в расчете равновесных условий гидратообразования в узлах сетки картирования и дальнейшем сопоставлении равновесных термобарических условий с реальными условиями in situ. В качестве равновесной кривой гидратообразования была выбрана кривая [4] для гидратов 100% CH4, позволяющая учесть отклонение равновесных условий за счет солености морской воды. В качестве предикторов ЗСГГ были выбраны наиболее актуальные океанологические поля температуры (T °С) и солености (Sb, %о) придонной воды из архива реанализа GLORYS [5], в качестве батиметрической основы использовалась модель GEBCO 2023 с интегрированной IBCAO [6]. Главной сложностью для моделирования ЗСГГ СЛО является крайне низкая геотермическая изученность региона. В качестве поля теплового потока (HF, мВт/м2) нами была выбрана наиболее актуальная карта теплового потока региона [7], построенная по результатам моделирования на основе комплексной интерпретации сейсмических и магнитных данных. Данная карта позволяет учесть многие ранее не идентифицированные особенности теплового поля СЛО, в частности остаточные положительные аномалии теплового потока на участках древних рифтовых зон.
Для того чтобы оценить точность моделирования, а также охарактеризовать особенности распространения ЗСГГ по площади и в разрезе, модельные расчеты подошвы ЗСГГ сравнивались с положением BSR (Bottom ///) — сейсморазведочным маркером подошвы ЗСГГ. Сравнение производилось как для акватории СЛО, так и для Берингова моря [3]. Отметим, что положение BSR в разрезе, как и модельные расчеты ЗСГГ, характеризуется определенной погрешностью, которая варьируется в пределах 5-20%.
Результаты. Расчет ЗСГГ был произведен для 740 тыс. узлов сетки. Результаты моделирования и картирования сопоставлялись с результатами интерпретации данных МОВ ОГТ. Проведенный статистический анализ продемонстрировал низкую парную корреляцию (0,52) между подошвой ЗСГГ и положением BSR в разрезе в пределах СЛО. Напротив, корреляция положения BSR и подошвы ЗСГГ в Беринговом море составила 0,94. На корреляционных матрицах видна значимая взаимосвязь ЗСГГ и теплового потока (-0,44) в СЛО, а в Беринговом море такая корреляция отсутствует (0,04). При этом корреляция указанных параметров в Беринговом море против ожидания оказалась прямая, а не обратная. Разложение полей на главные компоненты по методу главных компонент (ГК) позволяет выделить по две значимые ГК в каждой из акваторий. Согласно собственным числам, в Беринговом море ГК-1 и ГК-2 описывают 76 и 19% общей изменчивости соответственно, для индикаторов СЛО это соотношение равняется 59 и 30% соответственно. Сопоставление связи с батиметрией, а также анализ собственных чисел и векторов ГК (табл.) показывает, что в СЛО определяющим фактором влияния является HF, в то время как в Беринговом море влияние HF нивелируется влиянием других предикторов (см. табл.).
Таблица
Матрица собственных векторов для полей предикторов и индикаторов состояния ЗСГГ в Северном Ледовитом океане
Море № ГК Sh, bot Tb bo HF GEBC BSR
Берингово ГК-1 -0,5 0,51 -0,3 -0,49 -0,41
море ГК-2 -0,03 -0,02 0,82 -0,006 -0,58
ГК-1 -0,56 0,56 -0,29 -0,54 -0,04
СЛО
ГК-2 0,15 0,11 -0,61 0,23 0,73
Выводы. В Беринговом море положение расчетной ЗСГГ хорошо коррелируется с положением BSR, что, с одной стороны, подтверждает качество расчетов, а с другой — указывает на ведущую роль данных о глубине моря как основного предиктора ЗСГГ. В СЛО корреляция расчетного положения нижней границы ЗСГГ и ее сейсморазведочного индикатора почти в два раза ниже, что может быть связано с влиянием не одного, а ряда примерно равнозначных факторов. Среди вероятных объяснений подобных различий могут быть как неоднородность теплового поля СЛО, так и значительные глубины Берингова моря в области распространения BSR.
Список литературы
1. Соловьёв В. А., ГинсбургГ. Д., Телепнёв Е. В., МихалюкЮ. Н. Криогеотермия и гидраты природного газа в недрах Северного Ледовитого океана. Л.: ПГО «Севморгеология», 1987. 150 с.
2. Соловьёв В. А., Гинсбург Г. Д. Арктические моря России. Условия газогидратоносности и потенциально гидратоносные акватории / Геология и полезные ископаемые шельфов России: Атлас / Под ред. М. Н. Алексеева. М.: Научный мир, 2004. C. 1-32.
3. Чазов А. О., Матвеева Т. В., Смирнов Ю. Ю. и др. Скопления гидратов в Командорском и Алеутском бассейнах Берингова моря по данным МОВ ОГТ // Добыча, подготовка, транспорт нефти и газа: Материалы X Международной конференции, Екатеринбург, 2023. С. 238-239.
4.Moridis G. J. Numerical Studies of Gas Production from Methane Hydrates // SPE Journal. 2003. Vol. 8 (04). P. 359-370. DOI: 10.2118/87330-pa.
5. Lellouche J.-M., Greiner E., Romain B.-D. et al. The Copernicus Global 1/12° Oceanic and Sea Ice GLORYS12 Reanalysis // Frontiers in Earth Science. 2021. Vol. 9. 698876. 10.3389/feart.2021.698876.
6. General Bathymetric Chart of the Oceans (GEBCO): https://gebco.net/.
7. Petrunin A. G., Soloviev A. A., Sidorov R. V., Gvishiani A. D. Inverse-forward method for heat flow estimation: case study for the Arctic region // Russian Journal of Earth Sciences. 2022. Vol. 6. P. 1-9. DOI: https://doi.org/10.2205/2022ES000809.
References
1. Soloviev V. A., Ginsburg G. D., Telepnev E. V., Mikhalyuk Y. N. Cryogeothermy and natural gas hydrates in the Arctic Ocean subsurface. Leningrad: PGO "Sevmorgeologiya", 1987. 150 p. (in Russ.).
2. Soloviev V. A., Ginsburg G. D. Arctic seas of Russia. Gas hydrate-bearing conditions and potentially hydrate-bearing water areas. Geology and Mineral Resources of Russian Shelves: Atlas / Edited by M. N. Alekseev. Moscow: Scientific World, 2004. P. 1-32 (in Russ.).
3. Chazov A. O., Matveeva T. V., Smirnov Yu. Yu. et al. Hydrate accumulations in the Commander and Aleutian basins of the Bering Sea according to OGT DOM data // Oil and Gas Production, Preparation, Transportation: Proceedings of the X International Conference, Yekaterinburg, 2023. P. 238-239 (in Russ).
4. Moridis G. J. Numerical Studies of Gas Production from Methane Hydrates // SPE Journal. 2003. Vol. 8 (04). P. 359-370. DOI: 10.2118/87330-pa.
5. Lellouche J.-M., Greiner E., Romain B.-D. et al. The Copernicus Global 1/12° Oceanic and Sea Ice GLORYS12 Reanalysis // Frontiers in Earth Science. 2021. Vol. 9. 698876. 10.3389/feart.2021.698876.
6. General Bathymetric Chart of the Oceans (GEBCO): https://gebco.net/.
7. Petrunin A. G., Soloviev A. A., Sidorov R. V., Gvishiani A. D. Inverse-forward method for heat flow estimation: case study for the Arctic region // Russian Journal of Earth Sciences. 2022. Vol. 6. P. 1-9. DOI: https://doi.org/10.2205/2022ES000809.
