CC BY
2УДК 550.8.053
ВЕРОЯТНОСТНАЯ ОЦЕНКА РЕСУРСОВ ГИДРАТОВ МЕТАНА В АКВАТОРИИ ЧЕРНОГО МОРЯ
И Чернова И. Г.1, Матвеева Т. В.1, Смирнов Ю. Ю.1, Щур А. А.1, Щур Н. А.2, Чазов А. О.1
1 ФГБУ «ВНИИОкеангеология», Санкт-Петербург, Россия
2 Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, Санкт-Петербург, Россия
E-mail: [email protected]
Выполнен расчет ресурсов метана в гидратах Черного моря, основанный на вероятностно-статистическом методе с использованием оригинального программного обеспечения (OHRA), в пределах исключительной экономической зоны Российской Федерации (ИЭЗ РФ). Количество метана в гидратах в ИЭЗ Черного моря оценено величиной 167,2 трлн м3 с вероятностью 5%, 128,9 трлн м3 с вероятностью 50%, 86,3 трлн м3 с вероятностью 95%. Выявлены наиболее перспективные участки для дальнейшего исследования: Западно-Черноморская впадина, прогиб Сорокина, Туапсинский прогиб.
Ключевые слова: газовые гидраты, Черное море, вероятностно-статистический метод, ресурсные оценки газогидратов.
PROBABILISTIC ASSESSMENT OF METHANE HYDRATE RESOURCES IN THE BLACK SEA
И Chernova I. G.1, Matveeva T. V.1, Smirnov Yu. Yu.1, Shchur A. A.1, Shchur N. A.2, Chazov A. O.1
1 FSBI "VnOkeangeologia", St. Petersburg, Russia 2 Peter the Great Saint Petersburg Polytechnic University, Polytech, St. Petersburg, Russia
The methane hydrate resource assessment in the Black Sea was carried out using original OHRA software based on the probabilistic-statistical method. The amount of methane in gas hydrates within the economic zone of the Russian Federation of the Black Sea is estimated at 167,2 trillion cubic meters with a probability of 5%, 128,9 trillion cubic meters with a probability of 50%, 86,3 trillion cubic meters with a probability of 95%. The most promising areas at the western Black Sea, the Sorokin and the Tuapse troughs have been identified for the further studies.
Key words: gas hydrates, Black sea, the probabilistic-statistical method, gas hydrate resource assessment.
Введение. Первые находки газовых гидратов в грунтовых колонках датируются 1972 г. [4]. В 1988 г. Вычислительным центром СО АН СССР совместно с ВНИИОкеангеология во время XXI рейса НИС «Евпатория» были найдены и исследованы скопления гидратов, связанные с диапировыми структурами [2]. Известны многочисленные прямые свидетельства формирования газовых гидратов в Черном море — находки гидратов в грязевулканических отложениях и в местах интенсивной газофлюидной разгрузки на морском дне, BSR (Bottom Simulating
Reflector — отражающий горизонт, имитирующий дно) — сейсморазведочный признак скоплений газовых гидратов. Чаще всего газовые гидраты Черного моря в литературных данных упоминаются в привязке к трем зонам: западному району, где расположены палеодельты Дуная и Днепра, прогибу Сорокина и глубоководной области вблизи центральной части Черного моря [3].
В данной работе представлены результаты количественной оценки метана в газогидратах Черного моря вероятностно-статистическим методом и их пространственное распределение. Различают два подхода при количественной оценке углеводородов: детерминистический и вероятностный. При использовании детерминистического метода получают единичный сценарий, одну ресурсную оценку, вероятностные методы, напротив, дают диапазон значений стохастического (случайного) моделирования в условиях неопределенности [10]. При большой неопределенности в данных либо при их отсутствии достовернее применять именно вероятностные методы.
Метод. Для расчета ресурсов было использовано оригинальное программное обеспечение «Программный комплекс для оценки количества газа в газовых гидратах вероятностно-статистическим методом Oceanic gas Hydrate Resource Assessment (OHRA)» [5], основанное на методе Монте-Карло. Суть данного метода заключается в том, что подсчетные параметры характеризуются функциями плотности вероятности, из которых случайным образом определяются значения для каждой реализации.
Для проведения оценки ресурсов вначале создавалась расчетная сетка в пределах границ ИЭЗ РФ Черного моря с разрешением 0,083*0,083°, площадь ячеек составляла 61-64 км2 с суммарным количеством точек 2217. Для расчета зоны стабильности газовых гидратов (ЗСГГ) использовались следующие входные параметры: батиметрия, соленость, температура придонной воды, которые задавались в каждой точке сетки одним числом, термоградиент — значение задавалось для каждой точки из заданного распределения методом Монте-Карло. Глубины воды использовались согласно модели батиметрии GEBCO 2023 [14], соленость и температура придонной воды — осредненные регулярные массивы океанологических данных — путем обработки физической модели Морской службы Коперникус GLORYS12V1 [13], массив данных по термоградиенту — из [7].
Учет генерации метана производился на основе следующих параметров: Сорг (значение задавалось для каждой точки из заданного распределения методом Монте-Карло), мощность осадочного чехла, время образования и мощность стратиграфических единиц. Функция плотности вероятности Сорг была сформирована одна для всех горизонтов по данным 144 измерений органического углерода в плейстоцен-палеоценовых отложениях [6, 11, 12, 15], вариация значений находилась в диапазоне 0,35-4,52. Установлено, что кероген в изучаемых отложениях относится к 2-3-му типу, то есть имеет смешанный (гумусово-сапропелевый) тип и может генерировать нефть и газ. Для учета модуля генерации изучаемая акватория была разделена на 4 района по качеству геолого-геофизических данных: 1 — западная часть ИЭЗ РФ (данные по 9 стратиграфическим горизонтам из [3]); 2 — вал Шатского (данные по 9 стратиграфическим
горизонтам из [6]); 3 — Восточно-Черноморская впадина; 4 — Туапсинский прогиб (данные по стратиграфическим колонкам из атласа [1]). Мощность осадочного чехла присваивалась каждой точке из заданного распределения методом Монте-Карло.
Учет миграции метана в ЗСГГ проводился следующим образом: процент содержания высокопроницаемых отложений в каждой точке присваивался из заданного распределения методом Монте-Карло; проницаемость пород — одним числом для каждой точки сети. Гистограмма процентного содержания высокопроницаемых отложений была получена из собранной статистики по результатам интерпретации геофизических исследований 15 скважин из отчета ФГБУ «ВНИГНИ» [3], вариация значений находилась в пределах 0,09-0,45. Проницаемости присваивалось значение «1», если точки расчетной сетки находились в буферной зоне (5,5 км — половина расстояния от диаметра ячеек сетки) BSR, VAMPs и грязевых вулканов и «0» в обратном случае.
На результирующем этапе рассчитывалась масса метана, произведенного в ячейке и мигрировавшего в зону ЗСГГ, и масса гидратного газа, способного полностью заполнить объем га-зогидратного резервуара. В результате сравнения данных величин выбиралось наименьшее значение.
Для каждой точки расчетной сети производилось 1000 реализаций, и из полученных распределений выбирались ресурсные оценки с вероятностями 5, 50 и 95%.
Результаты. В результате расчетов количество метана в газовых гидратах в пределах ИЭЗ РФ Черного моря оценено величинами 167,2 трлн м3 с вероятностью 5%, 128,9 трлн м3 с вероятностью 50% и 86,3 трлн м3 с вероятностью 95%. Средняя величина плотности прогнозируемых ресурсов при базовом варианте (Р50) вероятно-статистическим методом в потенциально газогидратоносной части акватории ИЭЗ РФ составляет 1,27 млрд м3/км2. Данное значение в 2,1 раза меньше, чем полученная ранее плотность ресурсов, рассчитанная методом геологической аналогии, — 2,7 млрд м3/км2 [8] и практически совпадает со средним значением плотности в отдельных скоплениях газовых гидратов — 1,2 млрд м3/км2 [9]. Средняя величина удельной плотности газа в гидратах Черного моря при варианте Р5 — 1,6 млрд м3/км2, что в 4,6 раза меньше, чем максимальное значение плотности в отдельных скоплениях газовых гидратов, — 7,4 млрд м3/км2 [9]. Средняя величина удельной плотности газа в гидратах Черного моря при варианте Р95 — 0,86 млрд м3/км2, что в 86 раз больше, чем минимальное значение плотности в отдельных скоплениях газовых гидратов, — 0,01 млрд м3/км2 [9].
На полученных картах плотностей ресурсов (рис.) выделяются участки, наиболее перспективные для дальнейших исследований и постановки ГРР: Западно-Черноморская впадина, прогиб Сорокина, Туапсинский прогиб. Из-за отсутствия точных данных по мощности осадочного чехла и данных по миграции в пределах Восточно-Черноморской впадины данная территория не включена в этот перечень.
Плотность прогнозируемых ресурсов метана газовых гидратов, рассчитанная методом Монте-Карло с вероятностью: а — 5%; б — 50%; в — 95%. Красная стрелка — север
Выводы. В результате выполненных работ были оценены прогнозируемые на основе вероятностно-статистического подхода ресурсные оценки метана в газогидратах ИЭЗ РФ с вероятностью 5% — 167,2 трлн м3, 50% — 128,9 трлн м3, 95% — 86,3 трлн м3, при средней удельной плотности в базовом варианте в пределах потенциально газогидратоносных акваторий — 1,27 млрд м3/км2. Участками с наибольшей плотностью ресурсов являются: Западно-Черноморская впадина, прогиб Сорокина, Туапсинский прогиб.
Список литературы
1. Атлас: геология и полезные ископаемые шельфов России. Черноморский регион / Мейснер Л. Б., Туголесов Д. А. М.: Научный мир, 2004.
2. Гинсбург Г. Д. и др. Фильтрогенные газовые гидраты в Черном море (21-й рейс НИС «Евпатория») // Геология и геофизика. 1990. № 3. С. 10-20.
3. Грушевская О. В., Навроцкий А. О., Певзнер С. Л. и др. Уточнение геологического строения и перспектив нефтегазоносности зоны сочленения Скифской плиты и киммерийско-альпийских складча-то-орогенных структур. Государственное задание № 049-00012-20-01 от 28.01.2020, № 049-0000321-00 от 12.01.2021, № 049-00014-22-01 от 14.01.2022. М.: ФГБУ «ВНИГНИ», 2022.
4. Ефремова А. Г., Жижченко Б. П. Обнаружение кристалл-гидратов газов в осадках современных акваторий // ДАН СССР. 1974. Т. 214, № 5. С. 1179-1181.
5. Патент РФ № 2024668338 «Программный комплекс для оценки количества газа в газовых гидратах вероятностно-статистическим методом Oceanic gas Hydrate Resource Assessment (OHRA)» / Матвеева Т. В., Щур Н. А., Щур А. А., Смирнов Ю. Ю. Заявл. 06.08.2024. Опубл. 15.08.2024.
6. Прошляков С. Л. и др. Отчет о результатах бурения поисково-оценочной скважины Мария-1 в пределах лицензионного участка «Западно-Черноморская площадь». Краснодар, 2018.
7. Матвеева Т. В. и др. Отчет о проведении тематических и опытно-методических работ, связанных с геологическим изучением недр. Государственное задание Федерального агентства по недропользованию № 049-00018-20-03. ФГБУ «ВНИИОкеангеология», 2020.
8. Матвеева Т. В. и др. Отчет о проведении тематических и опытно-методических работ, связанных с геологическим изучением недр. Государственное задание Федерального агентства по недропользованию № 049-00015-21-00. ФГБУ «ВНИИОкеангеология», 2021.
9. Матвеева Т. В. и др. Отчет о проведении тематических и опытно-методических работ, связанных с геологическим изучением недр, выполненных в I полугодии 2024 года. Государственное задание Федерального агентства по недропользованию № 049-00004-24-00. ФГБУ «ВНИИОкеангеология», 2024.
10. Хисамов Р. С., Сафаров А. Ф., Калимуллин А. М., Дрягалкина А. А. Вероятностно-статистическая оценка запасов и ресурсов по международной классификации SPE-PRMS // Георесурсы. 2018. Т. 20, № 3. Ч. 1. С. 158-164.
11. Anders D. F., Claypool G. E., Lubeck C. M., Patterson J. M. Preliminary results, organic geochemical investigation of Black Sea sediments: deep sea drilling project. Leg 42B. Initial Reports of the Deep Sea Drilling Project, 1978.
12. Calvert S. E., Batchelor C. H. Major and minor element geochemistry of sediments from Hole 379A. Leg 42B. Deep Sea Drilling Project. In: Usher J. L., Supko P. (eds). Initial Reports of the Deep Sea Drilling Project. U.S. Government Printing Office, Washington, 1978. P. 527-541.
13. Copernicus Marine Service. https://data.marine.copernicus.eu/product/GLOBAL_MULTIYEAR_ PHY_001_030/description.
14. GEBCO. http://www.gebco.net/data_and_products/gridded_Bathymetry Data/.
15. Moro^anu I. The hydrocarbon potential of the Romanian Black Sea continental plateau // Romanian Journal of Earth Sciences. 2012. Vol. 86, Issue 2. P. 91-109.
References
1. Atlas: geologiya i poleznye iskopaemye shel'fov Rossii. Chernomorskij region / Mejsner L. B., Tugolesov D. A. M.: Nauchnyj mir, 2004.
2. Ginsburg G. D. i dr. Fil'trogennye gazovye gidraty v Chernom more (21-j rejs NIS "Evpatoriya") // Geologiya i geofizika. 1990. N 3. S. 10-20.
3. Grushevskaya O. V., NavrockijA. O., Pevzner S. L. i dr. Utochnenie geologicheskogo stroeniya i perspektiv neftegazonosnosti zony sochleneniya Skifskoj plity i kimmerijsko-al'pijskih skladchato-orogennyh struktur. Gosudarstvennoe zadanie № 049-00012-20-01 ot 28.01.2020, № 049-00003-21-00 ot 12.01.2021, № 04900014-22-01 ot 14.01.2022. FGBU "VNIGNI", Moskva, 2022.
4. Efremova A. G., Zhizhchenko B. P. Obnaruzhenie kristall-gidratov gazov v osadkah sovremennyh akvatorij // DAN SSSR. 1974. T. 214, N 5. S. 1179-1181.
5. Patent RF № 2024668338 "Programmnyj kompleks dlya ocenki kolichestva gaza v gazovyh gidratah veroyatnostno-statisticheskim metodom "Oceanic gas Hydrate Resource Assessment" (OHRA)" / Matveeva T. V., Shchur N. A., Shchur A. A., Smirnov Yu. Yu. Zayavl. 06.08.2024. Opubl. 15.08.2024.
6. Proshlyakov S. L. i dr. Otchet o rezul'tatah bureniya poiskovo-ocenochnoj skvazhiny Mariya-1 v predelah licenzionnogo uchastka "Zapadno-Chernomorskaya ploshchad'". Krasnodar, 2018.
7. Matveeva T. V. i dr. Otchet o provedenii tematicheskih i opytno-metodicheskih rabot, svyazannyh s geologicheskim izucheniem nedr. Gosudarstvennoe zadanie Federal'nogo agentstva po nedropol'zovaniyu № 049-00018-20-03. FGBU "VNIIOkeangeologiya", 2020.
8. Matveeva T. V. i dr. Otchet o provedenii tematicheskih i opytno-metodicheskih rabot, svyazannyh s geologicheskim izucheniem nedr. Gosudarstvennoe zadanie Federal'nogo agentstva po nedropol'zovaniyu № 049-00015-21-00. FGBU "VNIIOkeangeologiya", 2021.
9. Matveeva T. V. i dr. Otchet o provedenii tematicheskih i opytno-metodicheskih rabot, svyazannyh s geologicheskim izucheniem nedr, vypolnennyh v I polugodii 2024 goda. Gosudarstvennoe zadanie Federal'nogo agentstva po nedropol'zovaniyu № 049-00004-24-00. FGBU "VNIIOkeangeologiya", 2024.
10. Hisamov R. S., Safarov A. F., Kalimullin A. M., Dryagalkina A. A. Veroyatnostno-statisticheskaya ocenka zapasov i resursov po mezhdunarodnoj klassifikacii SPE-PRMS // Georesursy. 2018. T. 20, N 3. CH.1. S. 158-164.
11. Anders D. F., Claypool G. E., Lubeck C. M., Patterson J. M. Preliminary results, organic geochemical investigation of Black Sea sediments: deep sea drilling project. Leg 42B. Initial Reports of the Deep Sea Drilling Project, 1978.
12. Calvert S. E., Batchelor C. H. Major and minor element geochemistry of sediments from Hole 379A. Leg 42B. Deep Sea Drilling Project. In: Usher J. L., Supko P. (eds). Initial Reports of the Deep Sea Drilling Project. U.S. Government Printing Office, Washington, 1978. P. 527-541.
13. Copernicus Marine Service. https://data.marine.copernicus.eu/product/GLOBAL_MULTIYEAR_ PHY_001_030/description.
14. GEBCO. http://www.gebco.net/data_and_products/gridded_Bathymetry Data/.
15. Moro^anu I. The hydrocarbon potential of the Romanian Black Sea continental plateau // Romanian Journal of Earth Sciences. 2012. Vol. 86, Issue 2. P. 91-109.
