На правах рукописи - Тихоокеанский океанологический институт

На правах рукописи
Шакиров Ренат Белалович
ГАЗОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ПОЛЯ ОКРАИННЫХ МОРЕЙ
ДАЛЬНЕВОСТОЧНОГО РЕГИОНА: РАСПРЕДЕЛЕНИЕ,
ГЕНЕЗИС, СВЯЗЬ С ГЕОЛОГИЧЕСКИМИ СТРУКТУРАМИ,
ГАЗОГИДРАТАМИ И СЕЙСМОТЕКТОНИКОЙ
Специальность: 25.00.28 – "Океанология"
Автореферат
диссертации на соискание учёной степени
доктора геолого-минералогических наук
Владивосток - 2015
Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении
науки Тихоокеанском океанологическом институте им. В.И. Ильичева
Дальневосточного отделения Российской академии наук (ТОИ ДВО РАН)
Научный
консультант:
ОБЖИРОВ Анатолий Иванович
доктор геолого-минералогических наук, профессор
(ТОИ ДВО РАН), г. Владивосток
Официальные
оппоненты:
ШВАРЦЕВ Степан Львович
доктор геолого-минералогических наук, профессор,
заведующий кафедрой гидрогеологии, инженерной
геологии
и
гидрогеоэкологии,
Национальный
исследовательский
Томский
политехнический
университет, г. Томск
ГРАННИК Валерий Маерович
доктор
геолого-минералогических
наук,
ведущий
научный сотрудник, лаборатория вулканологии и
вулканоопасности, ФГБУН Институт морской геологии и
геофизики Дальневосточного отделения Российской
академии наук (ИМГиГ ДВО РАН), г. Южно-Сахалинск
ФЕДОТОВ Андрей Петрович
доктор геолого-минералогических наук, заведующий
лабораторией
палеолимнологии,
ФГБУН
Лимнологический институт Сибирского отделения
Российской академии наук (ЛИН СО РАН), г. Иркутск
ФГБУН Институт тектоники и геофизики им. Ю.А.
Косыгина Дальневосточного отделения Российской
Академии Наук (ИТиГ ДВО РАН), г. Хабаровск
Ведущая
организация:
Защита состоится 12 февраля 2016 г. в 1300 часов на заседании
диссертационного совета Д 005.017.02 при ТОИ ДВО РАН по адресу: 690041, г.
Владивосток, ул. Балтийская, 43.
Отзывы на автореферат в двух экземплярах направлять ученому секретарю
диссертационного совета Д 005.017.02 по тому же адресу.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ТОИ ДВО РАН и на
вебсайте ТОИ ДВО РАН: www.poi.dvo.ru.
Автореферат разослан « 27 » ноября 2015 г.
Ученый секретарь диссертационного совета,
кандидат географических наук
2
Ф.Ф. Храпченков
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность
темы
исследования.
Актуальность
исследования
газогеохимических полей углеводородных газов, гелия, водорода, углекислого
газа, азота, кислорода, радона и других, связана с возможностью использования
их в качестве индикаторов явлений и процессов в геологии, океанологии и
геоэкологии. Область влияния подводных газопроявлений охватывает верхнюю
часть литосферы, гидросферу и нижнюю часть атмосферы. Участки подводной
дегазации в совокупности занимают более 10 % площади Мирового океана, но в
настоящее время являются еще недостаточно исследованными (Леин, Иванов,
2009). Актуальность исследования обусловлена также прикладными вопросами:
изучением альтернативных источников углеводородов (газогидратов, угольного
метана, грязевулканического и геотермального газа и других), природных
выбросов парниковых, взрывоопасных и токсичных газообразных веществ (CH4,
CO2, CO, Н2, Rn, Hg и других) и картированием газонасыщенных осадков, что
важно для инженерных сооружений. Изучение потоков природных газов
способствует решению проблемы происхождения углеводородных полезных
ископаемых, которая все теснее становится связанной с вопросами
нефтегазоносности кристаллических пород (Коблов и др., 2008; Черепанов и др.,
2013; Hydrocarbons..., 2014), глубинного флюида (Дмитриевский и др., 2002;
Никифоров и др., 2013) и сейсмотектоники (Obzhirov et al., 2004; Кулинич и др.,
2007; Изосов и др., 2014). В этой связи окраинные моря Тихоокеанского
суперрегиона и Восточно-Арктический шельф являются первоочередными
объектами газогеохимических исследований.
Степень разработанности проблемы. Вопросы распределения, генезиса и
других научных аспектов, связанных с потоками природных газов в Мировом
океане и его континентальном обрамлении – низкотемпературными сипами,
газогидротермами, потоками газов из угленосных толщ, грязевыми вулканами и
особенно газогидратами (источники энергии в будущем) – отражены в сотнях
публикаций, отчетов и патентов (Sloan, 1990; Гинсбург, Соловьев, 1994; Max,
2004; Milkov, Etiop, 2005; Judd, Hovland, 2007; Reeburgh, 2007; Леин, Иванов,
2009; Дмитриевский, Валяев, 2010; Suess, 2014; Гресов, 2012 и др.). Анализ этих
работ показывает, что существует острая нехватка знаний по газогеохимии
окраинных морей, особенно их глубоководных районов.
Логично выделить два основных этапа газогеохимических исследований в
морях Дальневосточного региона и прилегающих районах.
Первый этап связан с успешным поиском возможности их применения как
индикаторов нефтегазоносности и характеристик угленосных бассейнов
3
(Геодекян и др., 1979; Обжиров, 1993). Одновременно системно изучались
природные газы п-ова Камчатка (Каменский и др., 1976; Tаран, 1998),
Курильских (Гидротермы..., 1976) и Японских островов (Kiyosu, Asada, 1995), а
также Приморского края (Обжиров, 1976). В этот же период начато
глубоководное бурение, которое позволило установить углеводороды и их
признаки в осадочном чехле и фундаменте Японского, Южно-Китайского и
других морей западной части Тихого океана.
В следующем этапе, начиная с 1998 г. и до настоящего времени, изучается
распределение природных газов в Охотском и Японском морях (международные
проекты: Курило-Охотский морской эксперимент, КОМЭКС, 1998-2004 гг.;
CHAOS, 2003-2005 гг.; SSGH, 2003-2014 гг.; ФЦП "Мировой океан" и др.).
Особенное внимание уделено газогеохимическим, морфотектоническим,
литологическим, минералогическим и другим характеристикам районов
газопроявлений в Охотском море (Cruise Report…, 1999; 2000; 2005; Operation
Report…, 2012; 2013; 2014; 2015; Деркачев и др., 2000; Николаева и др., 2009;
Hachikubo et al., 2011; Баранов и др., 2013). В рамках государственной программы
по ВГКШ (Внешняя Граница Континентального Шельфа) в Охотском и
Восточно-Сибирском морях (2006-2009 гг.) под руководством ВСЕГЕИ и ФГУП
Севморгео с участием ТОИ ДВО РАН выполнено более четырехсот пикетов
отбора кернов осадка. В Японском море в заливе Петра Великого и на его
побережье
совместно
с
ФГУП
ВНИИОкеангеология
выполнена
газогеохимическая съемка морских осадков (240 станций) и гидрогеологических
скважин (2012-2015 гг.). Хорошо изучена гидрохимия геотермальных,
водоминеральных и грязевулканических источников Дальневосточного региона
(Чудаев, 2003; Поляк и др., 2010; Харитонова, 2013; Челноков и др., 2015),
генезис газовой составляющей которых признается наиболее дискуссионным.
Усиливаются гидрогеологические исследования в том числе в аспектах
взаимодействия вода – нефть – природные газы (Шварцев и др., 2006), но газовый
состав гидрогеологических горизонтов побережий ДВ региона изучен мало. В
настоящее время активизировались работы по изучению перспектив морей
Восточной Арктики на углеводородные и другие полезные ископаемые, среди
которых Восточно-Сибирское море является наименее изученным (Геология и
полезные ископаемые..., 2004).
Научная проблема: генезис и распространение газогеохимических полей в
зоне перехода континент – океан и их использование как индикаторов
углеводородных скоплений.
Объект исследования: газогеохимический режим зоны перехода континент –
океан востока Азии.
4
Предмет исследования: газогеохимические поля, газопроявления и
газогидраты в окраинных морях Дальневосточного региона.
Цель работы: выявить и изучить закономерности происхождения и
распределения газогеохимических полей и их связь с геоструктурами,
газогидратами и сейсмотектоникой в морях Дальневосточного региона и на их
побережье.
Задачи исследования:
1. Изучить распределение метана, углеводородных газов, азота, углекислого
газа, гелия, водорода в морских и прибрежных геоструктурах Дальневосточного
региона.
2. Выявить особенности распространения аномальных газогеохимических
полей и определить генезис углеводородных газов.
3. Определить основные геоструктурные факторы гетерогенности аномальных
газогеохимических полей.
4. Исследовать закономерности формирования газогидратов в окраинных
морях западной части Тихого океана.
5. Определить влияние сейсмотектонической обстановки на газогеохимический
режим окраинных морей Дальневосточного региона.
6. Обосновать дальнейшее направление газогеохимических исследований.
Научная новизна. Автором работы впервые:
1. Выделено 5 газогеохимических провинций Охотоморского региона,
обусловленных особенностями геологического строения.
2. Установлено, что химический и изотопный состав аномальных
газогеохимических полей и газопроявлений в приповерхностных условиях зоны
перехода континент-океан определяется их геоструктурным положением.
3. Обоснована генетическая роль миграционных катагенетических и более
глубинных
газов
в
формировании
приповерхностных
аномальных
газогеохимических полей и газопроявлений в Охотском и Японском морях.
4. Выявлены аномальные газогеохимические поля миграционных газов в
северо-западной части Южно-Китайского моря, в Сахалинском сегменте
Хоккайдо-Сахалинской складчатой системы, в Курильской котловине и
Татарском проливе.
5. Показано, что в окраинных морях западного сектора Тихого океана
формирование газогидратов вызвано потоками полигенетических газов и, при
благоприятных термобарических (P-T) условиях, определяется геологическим
строением районов.
6. Установлена зависимость основных характеристик газогеохимических полей
от сейсмотектонической обстановки в окраинных морях; предложено 4 типа
5
связи газогеохимических полей и газопроявлений с сейсмической активностью
районов; выявлена взаимосвязь содержания углеводородов С16-С40 с газовой
активностью геоструктур в Охотоморском регионе.
7. Определен комплекс оптимальных изотопно-газогеохимических критериев
для геологического картирования, поиска залежей углеводородов, прогноза
сейсмической активности и геоэкологического районирования.
Теоретическая и практическая значимость.
1. Аномальные газогеохимические поля Охотского и Японского морей имеют в
целом углеводородную специализацию, а их качественные и количественные
характеристики позволяют диагностировать источники природных газов.
2. Закономерности геологического контроля газогидратоносности и
распределения аномальных газогеохимических полей в ДВ регионе раскрывают
взаимосвязь углеводородных скоплений различного генезиса.
3. Выявленные особенности связи химического и изотопного состава газовых
потоков с флуктуациями сейсмотектонических процессов важны для оценки
газобезопасности населенных территорий.
4. Комплекс газогеохимических исследований является научно- и техникоэкономически эффективным для исследования связи зон проницаемости земной
коры и залежей углеводородов всех типов.
5. Повышенный региональный фон термогенных углеводородных газов и
гелия, относительно равномерное распределение водорода, а также связанные с
газогеохимическими полями особенности химического состава донных
отложений характеризуют комплексное газогеохимическое поле ВосточноСибирского моря. Сходство основных характеристик газогеохимического поля на
шельфе и склоне Восточно-Сибирского моря может служить дополнительным
свидетельством продолжения российского шельфа от берега до глубоководной
котловины Северного Ледовитого океана.
Результаты исследований вошли в отчеты экспедиционных работ по поискам
и разведке газогидратов (ТОИ ДВО РАН, 2003-2015 гг.), государственной
программе Внешняя Граница Континентального Шельфа (ВГКШ; ФГУП
Севморгео – ТОИ ДВО РАН, Охотское и Восточно-Сибирское моря, 2006-2009
гг.), комплексу работ в прибрежно-шельфовой зоне залива Петра Великого
(ВНИИОкеангеология – ТОИ ДВО РАН) и поддержаны грантами ФЦП –
02.515.11.5017; 2012-1.2.2-12-000-1007-005; РФФИ – 09-05-07133, 13-05-93000,
14-05-00294; Президента РФ – МК 2714.2005.5; НП «Глобальная энергия» – МГ2010/04/6 и Программы "Дальний Восток" – 15-I-1-017. Диссертация
соответствует основным положениям «Государственной программы социальноэкономического развития Дальнего Востока и Байкальского региона»
6
(Постановление Правительства Российской Федерации № 308 от 15 апреля 2014
г.) и современным задачам прикладной геохимии (Лаверов и др., 2003). Работы с
участием автора отмечены премией РОСГЕО и Роснедра (2012 г.). В результате
исследования достигнут новый уровень развития практики, теории и методологии
изучения полей природных газов, что имеет важное значение для
геокартирования, природопользования и контроля экологической обстановки.
Методы исследования:
1. Изотопно-газогеохимический метод сочетает приемы натурных,
лабораторных и теоретических исследований лаборатории газогеохимии ТОИ
ДВО РАН. В основе аналитических методов лежит газовая хроматография (ГХ),
масс-спектрометрия
(МС)
и
хромато-масс-спектрометрия
(ГХ/МС).
Аналитические методы и основные методики интерпретации закреплены в
Паспорте лаборатории ПС 1.021-15 (Свидетельство Росстандарта № 41 от
15.09.2015 г.).
2. Геоструктурный. Анализ геологического контроля формирования
газогеохимических полей. Проводилась увязка зон газово-флюидной разгрузки с
контролирующими тектоническими структурами разных рангов.
3. Классификационный. Интерпретация полученных и заимствованных
эмпирических газогеохимических, изотопно-геохимических и геологоструктурных материалов с целью генетической, временной и пространственной
типизации газогеохимических полей.
4. В определенных случаях изучались гранулометрический и элементный
состав осадков, содержание Hg и Сорг., объемная активность Rn, химический
состав рассеянного органического вещества осадков и изотопный состав
аутигенных карбонатов.
Защищаемые научные положения:
1. Характеристики газогеохимических полей Охотоморского региона
определяются его геологическим строением, что позволяет широко применять их
как индикаторы геоструктур и углеводородных скоплений. На этой основе в
Охотоморском регионе выделены пять газогеохимических провинций.
Аномальные газогеохимические поля в них имеют полигенетический состав с
различным сочетанием миграционных (термогенных, метаморфогенных,
магматогенных) компонентов.
2. Отличие состава и интенсивности аномальных газогеохимических полей
Охотского и Японского морей определяется балансом источников углеводородов
в этих морях и различной сейсмотектонической активностью их геоструктур.
Сходство фоновых газогеохимических полей и геологических типов
7
газопроявлений указывает на региональный контроль распределения
углеводородных и других газов.
3. Газогидратоносность окраинных морей западной части Тихого океана
обусловлена потоками миграционных и микробных газов, которые
концентрируются в зонах разломов на бортах тектонических прогибов. Признаки
термогенных флюидов и многоярусное залегание газогидратов указывают на их
возобновляемость и возможность использования как важных индикаторов цикла
метана. Основными источниками миграционных углеводородных газов являются
нефтегазоносные и угленосные толщи, в зонах проницаемости существует вклад
глубинных компонентов.
4. Газогеохимический режим морей Дальневосточного сектора переходной
зоны востока Азии закономерно зависит от сейсмотектонической обстановки,
которая контролирует газовые потоки и формирование газогеохимических полей.
Выделен комплекс газогеохимических критериев, который является
высокоэффективным для решения фундаментальных и поисковых задач:
картирования активных разломов, оценки генезиса газовых потоков, поиска
углеводородных скоплений, газогеохимического районирования и других.
Достоверность результатов. Достоверность результатов исследования
определяется: представительной базой газогеохимических данных (15246
газохроматографических анализов газов осадков и воды, дополненных
измерениями δ13C-CH4, δ13C-C2H6, δ13C-CO2 и др. (более 800 определений);
статистическим нормоконтролем измерений согласно действующим методикам и
ГОСТ РФ; современным уровнем применявшегося оборудования, методов отбора
и дегазации проб, методик обработки, используемых стандартов, констант и
алгоритмов расчёта; сходимостью фактических материалов определения
концентраций газов и изотопного состава газообразующих элементов,
полученных прямыми методами в районах с разным геологическим строением и с
литературными данными.
Фактический материал и личный вклад автора. Материалы для
исследования были получены в лаборатории газогеохимии ТОИ ДВО РАН в
период 1997-2015 гг. в 24 рейсах НИС «Академик М.А. Лаврентьев», ГС
"Маршал Геловани", НИС "Профессор Гагаринский", "Академик Опарин", МБ
"Утес", МС «Импульс» и "Малахит". Автор участвовал в 15 морских экспедициях
и одной ледовой, руководил газогеохимической съемкой по региональным
профилям в Охотском (2007-2009 гг.) и Восточно-Сибирском морях (2009 г.),
тремя экспедициями в Южно-Китайском море (залив Тонкин и его побережье);
провел 14 береговых экспедиций. Исследования газогидратов выполнялись
диссертантом в Технологическом институте Китами, Япония (2003-2005 гг.).
8
Было
изучено
более
15000
газохроматографических
определений
углеводородных газов, углекислого газа, азота, кислорода, гелия, водорода из
донных отложений и толщи вод Охотского, Японского, Южно-Китайского и
Восточно-Сибирского морей и их побережья. Автор выполнял отбор проб,
газохроматографические анализы, исследование качественных и количественных
характеристик природных газов, интерпретировал полученные данные,
участвовал в работах ГСЗ (2008-2009 гг.) и НСП (2015 г.). Под руководством
автора была организована Совместная Российско-Вьетнамская лаборатория по
морским наукам (2010-2015 гг.), проведена аттестация лаборатории газогеохимии
в Росстандарте, в которую автором внедрены методы хромато-массспектрометрии углеводородов и газохроматографические измерения гелия и
водорода. Основные выводы и защищаемые положения сформулированы
самостоятельно. Графические приложения выполнены самостоятельно.
Апробация исследований. Результаты исследования представлены устно на
26 международных и 23 Российских конференциях и совещаниях, из которых
можно отметить из которых можно отметить International conference “Gas in
marine sediments”, Школа по морской геологии (Москва), JKASP, Minerals of the
ocean-6(7) (Санкт-Петербург) и другие. Списки, рефераты и полные тексты
публикаций диссертанта также находятся в системах научной информации
ResearcherID (B-7733-2012), ResearchGate, РИНЦ (6045-5370), Web of Science,
SCOPUS (7004024792).
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, шести глав,
выводов и заключения, изложенных на 394 страницах, включает 144 рисунка, 38
таблиц и 5 приложений. В списке литературы 632 источника.
Публикации. Опубликовано в соавторстве 4 монографии, лично и в
соавторстве 34 научных статьи в журналах, рекомендованных ВАК, три статьи в
монографиях, 106 тезисов и материалов конференций, один патент.
Благодарности. Автор выражает искреннюю благодарность научному
консультанту и учителю д.г-м.н., профессору Обжирову Анатолию Ивановичу.
Осадочный материал по региональным профилям в Охотском и ВосточноСибирском морях 2006-2009 гг. был получен в экспедициях под руководством
ФГУП "Севморгео" (д.г-м.н. Г.И. Иванов, А.А. Мережко, к.г-м.н. А.Д. Краснюк).
Осадочный материал по проектам CHAOS и SSGH (руководитель д.г-м.н.
Обжиров А.И.) в Охотском и Японском морях, предоставлен д.г-м.н. А.Н.
Деркачевым (ТОИ ДВО РАН), а также получен в сотрудничестве с к.г-м.н. В.А.
Щербаковым (ФГУП ВНИИОкеангеология) и д.г-м.н. С.А. Горбаренко (ТОИ
ДВО РАН). Диссертант признателен коллективу лаборатории газогеохимии ТОИ
ДВО РАН за многолетний совместный труд.
9
СОДЕРЖАНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Глава 1. Изученность газогеохимических полей
В последние годы изучение полей рассеяния природных газов (метан до 95
% об.) стало одним из самых динамично развиваемых направлений (Леин,
Иванов, 2009). Это связано с увеличивающимся ростом знаний о влиянии газовых
потоков на формирование месторождений углеводородов и ряд геохимических,
минералообразующих, биологических (формирование бентосных и других
сообществ) и экологических (повышение концентрации парниковых газов)
процессов. С потоками метана мигрируют его гомологи, гелий, водород, радон,
известны потоки азота, углекислого и других газов. В этой связи очень важным
аспектом является развитие хроматографических и масс-спектрометрических
методов, которые расширили диагностические возможности изотопногазогеохимических исследований (Галимов, 1973; Clark, Fritz, 1997). Результаты
этих и других исследований позволяют выделить в глобальном круговороте
вещества его неотъемлемую составляющую – циклы природных газов, связанные
с их потоками из литосферы (Леин, Сагалевич, 2000; Emerson, Hedges, 2008;
Никифоров и др., 2013; Suess, 2014), которые мало изучены в зонах перехода
континент – океан. Кроме того, из 240 нефтегазоносных районов в мире 55 в
разной степени связаны с нефтегазоносностью фундамента (Ермаков, Штейнберг,
2000), влияние которого на состав и распространение газогеохимических полей в
донных осадках практически не исследовано. Вероятно, изотопные соотношения
газообразующих элементов (δ13С-СН4, δD-CH4 и др.), вместе с другими
характеристиками
газогеохимических
полей
являются
объективными
индикаторами осадочных, магматических и метаморфических пород и процессов
(Высоцкий, 1979; Kelley et al., 2001; Petford, McCaffrey, 2003; Кадик, Луканин,
1986; McCollom, Bach, 2009). Диссертационное исследование посвящено
приросту фундаментальных знаний по этим вопросам в Дальневосточном секторе
переходной зоны континент – океан.
Глава 2. Материалы и методы исследования
Для опробования осадков в Охотском, Японском, Южно-Китайском и
Восточно-Сибирском морях (рис. 1) в основном использовались пробоотборники
трех типов: а) ударная прямоточная трубка длиной 150-300 см с внутренним
диаметром до 60 мм; б) гравитационные трубки с вкладышами длиной до 1050 см
с внутренним диаметром до 159 мм; в) гидростатический пробоотборник с
вкладышами (конструкция Ю.Л. Гаранько, ТОИ ДВО РАН), длиной до 575 см
диаметром 138 мм. Для исследования использованы 3572 проб осадка (1115
10
станций) и 4196 проб воды (1049 станций). Около 50 % станций по отбору осадка
и 73 % станций на глубинах более 200 м от общего объема работ приходится на
Охотское море. Для извлечения газов применялись методы равновесных
концентраций, вакуумной и термовакуумной дегазации. Анализ газового состава
проводился на борту судна (экспресс-анализ) и в стационарной лаборатории на
газовых хроматографах: КристалЛюкс-4000М; SRI-8110; ЭХО-EW-ПИД;
Газохром-2000; АХТ-ТИ; Кристал-5000. Ошибка анализа для углеводородных
газов составляла 5 %, для остальных газов – 5-10 %. Определялись
углеводородные газы (УВГ), углекислый газ, кислород, азот, гелий, водород,
серосодержащие газы, объемная активность радона (радиометр РГА-500). Для
расчета концентраций газов (нанолитр/литр (нл/л, растворенный газ), 10 -4 % об.
(ppm) и нл/дм3 (газ осадков)) использовались уравнения, сведенные в паспорте
лаборатории газогеохимии (ПС 1.037-15). Анализ ГХ/МС проводился на приборе
Shimadzu GCMS-QP2010 Ultra, укомплектованном пиролизёром Multi-Shot
Pyrolyser EGA/PY-3030, с блоками Carrier Gas Selector CGS-1050Ex и Selective
sampler SS-1010E. МС анализы выполнены в ДВГИ ДВО РАН (Т.А. Веливетская,
А.В. Игнатьев), Технологическом институте Китами (А. Хачикубо),
Университетах Хоккайдо и Нагойя (У. Цуногаи), IFM-GEOMAR (Шт. Ламмерс) и
МГРИ (О.И. Кропотова). Для изучения генезиса УВГ газов использовалось их
разделение на микробные, термогенные, метаморфогенные и магматогенные
компоненты (Whiticar et al., 1986; Milkov et al., 2005; Hachikubo et al., 2011;
Гресов, 2011; Шакиров, 2014) с дополнительной оценкой полигенезиса
газогеохимических полей на основе "масс-балансового эффекта" (Hayes, 1982;
Zeebe, Wolf-Gladrow, 2001). При определении региональных фоновых
показателей применялись статистические методики (Поротов, 1977; Смирнов,
1983; Дэвис, 1990), апробированные в работах по государственной программе
ВГКШ.
В донных отложениях наиболее исследованного Охотского моря
установлено фоновое поле метана с концентрациями, равными 3 см 3/м3 (3 ppm).
Аналогичным способом были определены фоновые содержания гелия (5 ppm) и
водорода (3 ppm). Эти данные совпадают с характеристиками фонового поля
осадков Японского моря и близки к данным по Южно-Китайскому морю.
Региональный фон по метану, гелию и водороду является объективным
показателем нормального распределения газогеохимических полей. Особенности
распределения гомологов метана и их изомеров анализировались с учетом
поведения соотношений между ними и другими газами: на межрегиональном
уровне фоновые значения газов могут незначительно отличаться. Например, фон
метана в донных осадках Восточно-Сибирского моря составил 13 ppm, а гелия 15
11
ppm. Эти значения в три раза выше, чем в Охотском море, и близки к показателям
по Чукотскому морю (Savvichev et al., 2004). Микробные газы встречены в
единичных поверхностных пробах (например, 13С-CH4 -72.2 ‰ PDB, пикет 270
км). Остальные значения 13С-CH4 и другие критерии находились
преимущественно в «термогенном» диапазоне: 13С-CH4 -29 ÷ -60.8 ‰ (среднее 55 ‰), 13С-C2H6 -17 ÷ -31.8 ‰, 13С-CО2 -17.7 ÷ -24.3 ‰. В результате в
Восточно-Сибирском море выявлен повышенный, относительно Охотского и
Японского морей, «термогенный» газогеохимический фон, который указывает на
восходящую миграцию газов нефтяного и конденсатного ряда в мощном
осадочном чехле (до 17 км) (Сакулина и др., 2011) в условиях низкой
сейсмической активности. Аномальные концентрации CH4 в осадках при этом
достигали 2.4 % об. в зонах разломов.
Рисунок 1. Карта фактического материала, полученного автором на море. Показаны
пикеты и основные участки газогеохимических съемок 1995-2015 гг. ВСМ – ВосточноСибирское море; МЛ - море Лаптевых; ЧМ – Чукотское море; ОМ - Охотское море; ЯМ –
12
Японское море; ВКМ – Восточно-Китайское море; ЮКМ – Южно-Китайское море; ФМ –
Филиппинское море; СЛО – Северный Ледовитый океан (крестик – положение Cеверного
полюса).
1 – отбор воды; 2 – отбор осадка (10 км – шаг региональной съемки); 3 – газы термальных
выходов; 4 – газогидратоносные площади; 5 – точка мониторинга СН4 в Тихом океане; 6 –
скважины глубоководного бурения; 7 – схематичные границы современной зоны перехода; 8 –
отбор газов на Курильских островах; 9 – положение гигантского факела в Курильской
котловине; 10 – скопления газогидратов (а – установленные; б – предполагаемые); 11 –
площадная эмиссия СН4 в море Лаптевых (Сергиенко и др., 2012); 12 – низкоинтенсивное
аномальное поле СН4 в Южно-Китайском море; 13 – схематичные разломные границы блока
океанической коры в Южно-Китайском море; 14 – схематичная граница
ВосточноАрктической окраины.
Повышенный газогеохимический фон и изотопно-генетические признаки
миграционного потока из подстилающих отложений указывают на
положительные перспективы обнаружения углеводородных залежей. Для
сравнения, в северо-западной части Южно-Китайского моря по данным 20122014 гг. фоновые концентрации CH4 в донных осадках составили 4 ppm, He – 10.4
ppm, H2 – 6.4 ppm (в морской воде фоновые содержания гелия 8.5 ppm, водорода
4.5 ppm). Эти значения близки к данным для Охотского и Японского морей, но по
ряду показателей занимают промежуточное значение между ними и данными по
Восточно-Сибирскому морю. В осадках Южно-Китайского моря наблюдались
аномальные поля СН4 преимущественно низкой интенсивности при термогенном
сигнале δ13С-СH4 (-40 ÷ -58 ‰), а в скважинах на островах (Катба, Кото, Нгоквын
и др.) зафиксирован метаморфогенный газ (δ13С-СH4 -25 ÷ -40 ‰) при низкой
сейсмичности (микросейсмичность и редкие землетрясения M=>3). Эти данные
(Акуличев и др., 2015; Шакиров, 2015) указывают на высокие перспективы
обнаружения углеводородных залежей в заливе Тонкин, что согласуется с
результатами геофизических исследований (Никифоров и др., 2013) и
подтверждается международными нефтегазопоисковыми работами в этом районе,
начатыми в 2014 г. Критериями миграционных газов в осадках и в морской воде
служат повышенные содержания предельных гомологов СН4, что хорошо
согласуется для всех районов исследования и с литературными данными
(Обжиров, 1993; Илатовская и др., 2012). Микробный сигнал в ЮКМ (δ13С-СH4 93.6 ‰) также совпадает по всем исследованным районам (-65 ÷ -110 ‰). Таким
образом, региональные фоновые показатели являются базовым аспектом для
исследования ореолов рассеяния газов из литосферных источников, картирования
зон проницаемости, поисков углеводородных скоплений и связи с
землетрясениями. Интенсивность аномальных газогеохимических полей (АГП)
разделяется на 3 уровня превышения над фоном: слабо интенсивные (3-5 раз),
средней интенсивности (5-10 раз) и высокоинтенсивные (превышение фона в 10
13
раз и более). Выявлены "слепые" аномальные газогеохимические поля (не
проявленные на поверхности).
Глава 3. Газогеохимические поля Охотоморского региона
Описание газгеохимических полей Охотоморского региона дано с точки
зрения концепции геохимических провинций, основанной, в том числе, на
принципах теории геохимических полей углеводородных скоплений (Старобинец
и др., 1993). Газогеохимические провинции, по аналогии с литохимическими,
металлогеническими, биогеохимическими, минералогическими и другими
(Иванов, Мейтув, 1972; Перельман, 1979; Деркачев, 2008) – отдельные области,
характеризующиеся специфической специализацией по комплексу газов и их
характеристик, отличающих их от других областей. Эта закономерность
прослеживается также в вертикальном разрезе литосферы, то есть определяется
историей геологического развития.
В Охотоморском регионе проведены представительные газогеохимические
исследования с отбором кернов геологическими трубками и дночерпателями по
изучению качественного и количественного состава углеводородных (УВГ) и
других газов в основных геологических структурах (рис. 2). Установлены
особенности латерального и вертикального распределения этих газов в осадках и
толще вод. Выявлено, что метан является основным компонентом
углеводородных газов Охотского моря и его побережья: в морских осадках
(голоцен – плейстоцен), толще вод, подземных и поверхностных водах,
подпочвенных газах, холодносиповых, грязевулканических, сольфатарных и
других газопроявлениях в концентрациях 0.001 – 99 % и в интервале глубин моря
0.1 – 3300 м. Углеводородные газы представлены этаном и пропаном, i- и nбутаном, i- и n-пентаном. Этан установлен в 56 % отобранных газовых проб, его
концентрации варьируют в интервале 0.1 ÷ 13.4 ррm. В пределах глубинных зон
проницаемости обнаружены пентан и гексан (северо-западный борт Курильской
котловины, восточный борт Южно-Татарского прогиба, 2014 г. ст. 5 – 21, 0.8 –
5.6 ppm; 2015 г., ст. 21 (газогидраты) – 27.4 ppm), что является прямым
признаком восходящей эмиссии термогенных газов. Максимальные содержания
этана выявлены в донных осадках северо-охотского и восточного
присахалинского шельфа, где его концентрации в отобранных пробах газа
составляют 1.4 ÷ 13.4 ррm; минимальные 0.1 ÷ 1.7 ррm – в центральной части
Охотского моря (Охотский свод, возвышенности Института океанологии и
Академии наук СССР) и в восточной части Охотского моря. Промежуточными
значениями характеризуется его распределение в донных осадках Курильской
котловины – 0.8 ÷ 6.9 ррm. Пропан установлен в донных осадках Северо-
14
Охотского и Восточно-Сахалинского шельфа, где его концентрации изменяются в
пределах 0.1 ÷ 0.8 ррm. Аномальные концентрации бутана зафиксированы в
донных отложениях Курильской котловины в пределах 0.9 ÷ 4.1 ррm; бутановый
коэффициент КС4 в интервале 0.3 ÷ 1.1 составляет 30 % проб поверхностных
донных отложений, указывая на миграционную природу углеводородных
газогеохимических полей.
Рисунок 2. Распределение СН4 и газопроявлений в Охотоморском нефтегазоносном
регионе, на основе тектонической карты В.В. Харахинова (Харахинов, 1998).
1 – Центрально-Охотский массив; 2 – Тинровская деструкционная система; 3 –ВосточноДерюгинский грабен; системы присдвиговых впадин и поднятий: 4 – грабен Макарова; 5 –
Академии наук; 6 – Западно-Камчатский прогиб; 7 – Кухтуйский прогиб; 8 – котловина
ТИНРО; 9 – Южно-Татарский грабен; 10 – Шмидтовская складчато-сдвиговая зона; 11 –
Дерюгинский прогиб; 12 – поднятия; 13 – Пограничный прогиб; 14 – Анивский прогиб; 15 –
Центрально-Татарский прогиб; 16 – Магаданский прогиб; 17 – Гижигинская впадина; 18 –
Кони-Тайгоносский террейн; 19 – Южно-Охотская котловина; 20 – Центрально-Камчатский
вулканогенный пояс; 21 – Ирунейский позднемеловой террейн; 22 – Ганальский
метаморфический террейн; 23 – континентальный склон; 24 – прогиб Исикари; 25 – СевероТатарский прогиб; 26 – Северо-Сахалинский прогиб; 27 – вулканическая дуга; 28 –
Пограничный прогиб; 29 – аккреционный склон; 30 – локальные возможно нефтегазоносные
структуры; 31 - разломы; 32 – термальные углеводородные проявления; 33 – поверхностные
газопроявления; 34 – термальные источники; 35 – станции отбора придонной воды; 36 –
15
палеовулканы; 37 – пикеты отбора осадков; 38 – грязевые вулканы; 39 – газогидраты
установленные; 40 - газогидротермы; 41 – гигантский газовый факел; 42а – зоны проявления
аномальных газогеохимических полей высокой интенсивности; 42б – аномальные поля
преимущественно метаморфогенных газов с проявлениями геотермального флюида.
Пентан установлен в микроконцентрациях, например, в донных осадках
Северо-Охотского шельфа (0.1 ÷ 0.9 ррm); центральной части моря – 0.4 ррm и
Курильской котловины (0.1 ÷ 1.8 ррm). Локальные аномальные
газогеохимические поля (АГП) средней и высокой интенсивности выявлены в
северо-восточной части впадины Дерюгина, Кашеваровской рифтогенной зоне,
грабене Макарова, в районе центрального склона Курильской котловины и в
других структурах (рис. 3). Аномальные газогеохимические поля
углеводородных газов (АГП УВГ) в осадке (выделено 14 зон с площадными АП
(до 50 км)) иногда являются "слепыми": проявляются на горизонте 0.5 м от
поверхности дна и ниже (см. пример на рис. 3). Это районы с повышенным
вертикальным градиентом концентраций углеводородных газов (в 3 раза и более
на 1 м), которые маркируют зоны миграции термогенных, метаморфогенных и
магматогенных газов (Верба и др., 2011), распределенные в соответствии со
строением земной коры (Каленич и др., 2011; Сакулина и др., 2011).
Рисунок 3. Пример распределения поля СН4 в осадках Охотского моря по профилю 1-ОМ
(участок 1-2 на рис. 3). Градациями желтого и красного показаны АГП разной интенсивности.
По совокупности газогеохимических и геологических данных в
Охотоморском регионе выделено 5 газогеохимических провинций (ГГП):
Центрально-Охотоморская;
Западно-Охотоморская;
Южно-Охотоморская;
Восточно-Охотоморская и Северо-Охотоморская (рис. 4). Основными факторами
для их выделения являются: распространение углеводородных залежей,
закономерности распределения и генезиса природных газов и их источников;
особенности геологического строения (Васильев и др., 2001; Ильев и др., 2004;
Леликов и др., 2002); морфотектоники (Мельниченко, 2003; Шакиров, Обжиров,
2009); сейсмической активности Охотоморского региона (Карп, Бессонова, 2002;
Кулинич и др., 2007) и теплового потока (Веселов, 2006; Родников и др., 2014).
16
Основной единицей дифференциации газогеохимических полей в пределах
газогеохимических провинций являются тектонические структуры: прогибы, в
том числе рифтогенные, поднятия, своды, сквозные литосферные разломы,
активные разломы, строение фундамента и углеводородный потенциал.
Рисунок 4. Карта фактического материала и схема газогеохимических провинций (ГГП)
Охотоморского региона.
1 – преимущественно фоновое ГГП; 2 – локальные низкоинтенсивные АГП; 3 –
повышенная потенциальная плотность генерации углеводородов в осадках (Грецкая, 1990); 4 –
очаги высокой потенциальной плотности генерации УВ; 5 – очаги максимальной плотности
генерации УВ; 6 – АГП средней интенсивности, зоны газообразования; 7 – зоны
нефтегазообразования; 8 – локальные структуры; 9 – нефтепроявления; 10 – выходы
17
фундамента; 11 – изопахиты, мощность осадочного чехла; 12 – вулканические и
гидротермальные газы; 13 – газогидратоносная площадь; 14 – вулканы; 15 – грязевые вулканы;
16 – станции отбора воды; 17 – пикеты отбора осадков; 18 – газопроявления; 19 –
газогидратоносные осадки; 20 – разломы фундамента; 21 – направление смещения по
разломам; 22 – термальные воды; 23 – проявления газогеотермальных вод в скважинах; 24 –
границы угленосных площадей; 25 – бурый уголь; 26 – гигантский газовый факел 2012 г.;
27,28,29 – нефтегазоносные; углегазоносные и газоносные бассейны на о. Хоккайдо; 30 –
бурый уголь; 31 – нефтегазовые месторождения; 32 – изобаты и глубина моря; 33-34 –
плотность генерации углеводородов в осадке (10-20×106 т) (Грецкая и др., 1992); 35 – изобаты;
36 – площади с невыясненным концентрированием газогидратов. I – ЦентральноОхотоморская газогеохимическая провинция (ГГП); II – Западно-Охотоморская ГГП; III –
Южно-Охотоморская ГГП; IV – Восточно-Охотоморская ГГП; V – Северо-Охотоморская ГГП.
В Центрально-Охотоморской ГГП (ЦОГГП, табл. 1, рис. 5) преобладает
фоновое газогеохимическое поле (см. также гл. 2) при редких его возмущениях
эмиссией газов в зонах низкотемпературных газопроявлений (сипов), постмагматических процессов и литосферных разломов особенно вдоль бортов
тектонических прогибов. Фоновое поле углеводородных и других газов
характерно для центральных районов моря (Охотский свод, поднятия и их
окрестности с минимальной мощностью осадочного покрова). Эта область
характеризуется минимальным углеводородным потенциалом и низкой
сейсмической активностью при преобладании глубокофокусных землетрясений.
Изотопные характеристики фонового поля, характерные для микробных газов,
составляют: δ13C-CH4 -67 ÷ -110 ‰ VPDB, δ13C-CО2 -24 ÷ -25 ‰, δD-CH4 -150 ÷ 204 ‰ VSMOW и ниже. Они сопровождаются фоновыми концентрациями гелия
и водорода. Тем не менее в центральной части Охотского моря существуют
локальные очаги эмиссии УВГ термогенной природы, которые также
сопровождаются аутигенной карбонатной и баритовой минерализацией (впадина
Дерюгина, Кашеваровская рифтогенная зона; Деркачев и др., 2015), аномалиями
ртути (прогиб Макарова, 110-350 нг/г) и теплового потока (до 93 мВт/м2;
Веселов, 2005). Впадины Дерюгина (восточная часть) и ТИНРО, характеризуются
режимом растяжения (Каленич и др., 2011) при высокой потенциальной
плотности генерации углеводородов и высоком тепловом потоке (> 96 мВт/м2),
что проявляется в локальных устойчивых высокоинтенсивных АГП СН4 (до
10000 мкл/дм3), сопровождаемых термогенными С2Н6, С3Н8, С4Н10 и С5Н10.
Западно-Охотоморская
ГГП
выделяется
наиболее
интенсивной
углеводородной дегазацией литосферы в зонах разломов Хоккайдо-Сахалинской
складчатой системы и прилегающих областей шельфа и склона. Эта провинция
включает в себя большинство месторождений нефти и газа; угли здесь часто
являются спутником нефтегазоматеринских толщ (палеоген-неоген); (Арешев,
2003). Высокоинтенсивные АГП и газопроявления термогенных и
18
метаморфогенных углеводородных газов, углекислого газа, гелия (до 140 ppm) и
водорода (до 230 ppm), а также характерные для термогенных газопроявлений
углеводородные маркеры (пристан/фитан, С8-С20), являются отражением
геодинамической обстановки с активным газово-флюидным режимом. Высокая
сейсмическая активность (коровые и среднефокусные землетрясения (M~7.0-7.5))
трансформной литосферной зоны обеспечивает транзит газов по активным
разломным зонам (Западно-Сахалинская, Центрально-Сахалинская, ХоккайдоСахалинская (Пильтунский и Гаромайский разломы), Восточно-Сахалинская,
Дерюгинская, Пограничный надвиг и другие). Яркой тектонической
характеристикой этой провинции является наличие сквозных линейных структур
Хоккайдо-Сахалинской складчатой системы (Гранник, 2005), которые
определяют формирование зон нефтегазового, углегазового, грязевулканического
(глубина источника УВГ 8 км) (Ершов и др., 2011) и геотермального типов
эндогенной дегазации. Возможно, газово-флюидные потоки также участвуют в
формировании тектонической расслоенности литосферы. В нефтегазоносных
бассейнах установлены ультраосновные породы (Харахинов, 2010; Разницин,
2012). В осевой части о-ва Хоккайдо, который также относится к ЗОГГП,
закартированы серпентиниты (Geological map..., 1979). Следует отметить, что, по
авторским данным, 13С-СН4 юга о-ва Сахалин тяготеет к -30 ‰ (D-СН4 -127 ‰
SMOW), а на о-ве Хоккайдо к -40 ‰. В гидратоносных осадках на северозападном борте Курильской котловины обнаружена баритовая минерализация
(Курчатова и др., 2015), которая южнее (46°02.0 с.ш., 144°15.2 в.д.) имеет связь с
проявлением грязевулканического флюида (Деркачев и др., 2015) в месте
пересечения разломов. ЗОГГП отличается также высокими концентрациями H2S
и высокими значениями потока CH4 в атмосферу (до 284 моль/км2×сут.).
В Южно-Охотоморскую ГГП отнесена Курильская котловина и Курильская
островная дуга с прилегающими районами; в них обнаружены аномальные поля
метана и его гомологов до пентана включительно (∑ 1300 ppm), а также высокие
концентрации эндогенного СО2 (13С-СО2 -2.1 ÷ -2.4 ‰). Здесь выявлено более 5
зон с аномальными газогеохимическими полями УВГ (до 1300 ppm), углекислого
газа, гелия (до 60 ppm) и водорода (до 160 ppm) (Голыгинский прогиб,
центральный район Курильской котловины, район Южных Курил и локальные
участки разломов). Высокая сейсмичность, активный тектогенез, установленный
во многих районах котловины (Baranov et al., 2002), вулканическая активность
района и признаки грязевого вулканизма в ее западном газогидратоносном
районе (Sasaki et al., 2001; Шакиров, 2003; Деркачев и др., 2015), а также
абиогенные газы (например, о-в Итуруп, 13С-СН4 -3 ÷ -6 ‰; D-СН4 -66 ‰; 13С-
19
СO2 -2.1 ÷ +2.4 ‰) и метаморфогенные газы (Шакиров, 2014) в вулканах Южных
Курил являются основными характеристиками этой провинции. Данная
обстановка отражается глубинными неустойчивыми аномальными полями СН4 в
толще вод Курильской котловины (Shakirov et al., 2005). Сектор Южных Курил
отличается высокими концентрациями углеводородных газов, а тепловой поток
здесь достигает значений 790 мВт/м2 (Туезов, Липина, 1988).
Восточно-Охотоморская ГГП (прикамчатский шельф, западная часть п-ва
Камчатка) характеризуется обилием проявлений термальных вод и газов
термогенного, метаморфогенного и магматогенного (Не, Ne, Аr, С) генезиса.
Широко распространены на побережье углеметаморфогенные газы, участки
которых связаны с нефтегазоносными и газогеотермальными проявлениями
(Ичинско-Колпаковский прогиб), формируя сложную полигенетическую систему
восходящих газовых потоков. Критерий 13С-СН4 из скважин, вскрывших залежи
газонефтяного состава до глубин 2910 м, находится в довольно узком
метаморфогенно-термогенном диапазоне: -31.4 ÷ -39.4 ‰ (Кудрявцева, Лобков,
1984). При этом сумма тяжелых углеводородных газов иногда достигает 40 % об.,
а доля пентанов – до 17 % об. (Карта полезных ископаемых..., 1999). Для
приземной атмосферы характерно повышенное содержание гелия (до 40 ppm;
фон 5 ppm). Преобладание глубокофокусных редких, но сильных землетрясений
поддерживает эндогенную газовую активность Западно-Камчатского прогиба и
прилегающих районов.
В Северо-Охотоморской ГГП (Северо-Охотский шельф, углегазоносное
побережье) выделяются зоны с аномальными полями СН4 и углеводородных
газов преимущественно низкой, средней и, очень редко, высокой интенсивности
(до 1230 ppm). Особенности распределения газогеохимических полей в осадках
определяются геологическими факторами, к которым, в том числе, относятся: 1)
углеметаморфогенная газоносность Охотской угленосной площади (Карта
угленосности..., 2005; Гресов и др., 2009; Гресов, 2014); 2) глубинные разломы
(Северо-Охотский, Тауйский, Лисянский и др.); 3) признаки высших
углеводородов в осадках; 4) высокий потенциал генерации углеводородов
(Грецкая, 1992); 5) особенности строения фундамента (рис. 5); 6) низкая
сейсмическая активность; 7) тепловой поток и геотермический градиент
(Веселов, Соинов, 1997). Все эти факторы способствуют накоплению и
сохранности
углеводородных
залежей.
Единичные
газопроявления
зарегистрированы на магаданском шельфе, а также в Пенжинском и
Шелиховском заливах, что дополнительно характеризует углеводородный
потенциал. Здесь также возможно формирование структур газовых выходов
криогенного типа.
20
Таблица 1 – Газогеохимические провинции Охотоморского региона (также см. рисунок 5)
Газогеохимические
провинции (ГГП)
Геоструктуры / районы
(примеры)
Континентальный шельф и
склон
ЦЕНТРАЛЬНООХОТОМОРСКАЯ (I)
ЗАПАДНООХОТОМОРСКАЯ (II)
Восточно-Дерюгинский
грабен (вп. Дерюгина)
Основные
компоненты /
примеси
Тип преобладающих
источников УВГ; 13С-СН4 ‰
Фоновые поля, низкой
интенсивности локальные АГП
СН4
Преимущественно микробный
-55 ÷ -80
Средней интенсивности
локальные АГП УВГ
Средней интенсивности АГП
УВГ, аномалии Hg 90-350 нг/г
Макаровский прогиб
Разлом, осадочная линза,
аутигенные карбонаты
Низкой интенсивности АГП
УВГ, аномалии Hg
Нефтегазоносные участки,
газовые гидраты, геотермальные
выходы, холодные сипы, факелы,
площадная эмиссия, грязевые
вулканы, глубинные разломные
зоны
Нефтегазоносные структуры,
угольные пласты, термогенные
газы, "факелы", газогидраты
Высоко интенсивные,
высококонтрастные, площадные
и локальные, всплески H2 и He
(до 140 ppm в свободном газе и
до 60 ppm в газогидратоносных
осадках)
Северо-Сахалинский
прогиб, зап. борт вп.
Дерюгина, Пограничный
прогиб, прогибы Терпения и
Анивский, о-вов Сахалин и
Хоккайдо
Курильская островная дуга
Вулканы, сольфатары, фумаролы,
термальные источники, грязевые
термальные источники
Западно-Камчатский шельф
Структура Первоочередная и
другие, термогазопроявления,
холодные источники
Западная часть п-ова
Камчатка, ЗападноКамчатский прогиб,
угольные бассейны
Северо-Охотский шельф:
системы прогибов и
разломов, угленосное
побережье
Крутогоровское и др. проявления,
сольфатары и фумаролы, ключи,
Кшукское месторождение и др.
Нефтегазоносные структуры,
единичные газопроявления
(Гижигинское и др.)
21
СН4
(УВГ>CO2>Н2
>He)
СН4
(CO2>УВГ>Н2
>He)
СН4
(CO2>УВГ>Н2
>He)
СН4 CO2
(УВГ≥CO2>Н2
≥He)
Термогенный, микробный
-57 ÷ -77
Термогенный, микробный
Микробный, признаки
миграционных газов ("слепые"
АГП)
Миграционные (до 35 %)
термогенные и метаморфогенные
УВГ, микробный СН4
-22 ÷ -78 (-110 – СН4 в толще вод)
Низкой интенсивности,
локальные АГП, преобладает
фоновое распределение
Высокой интенсивности АГП
углеводородные проявления,
повышенный фон гелия (40
ppm)
СН4, СО2
(УВГ≥CO2>Н2
>He)
СО2, N2, H2,
CH4
(He, Н2S, SO2
УВГ) Rn Hg
СН4
(УВГ>CO2>Н2
>He)
СН4 УВГ
(УВГ>CO2>
He ≥Н2
СО2, N2, Rn Hg
Термогенные, метаморфогенные,
признаки глубинных газов
-48 ÷ -60
Термогенные, метаморфогенные
УВГ, магматогенные (He, Ar, Ne).
Микробные газы – подчиненное
значение. -30 ÷ -50
Низкой интенсивности АГП,
распространено фоновое поле
СН4 (УВГ,
СО2, Н2, Не)
Преимущественно термогенный
-45 ÷ -60
Умеренно и высоко
интенсивные
Высоко интенсивные,
высококонтрастные
Метаморфогенный, термогенный,
микробный метан
-40 ÷ -65
Термогенный, метаморфогенный,
магматогенный
-6 ÷ -44
21
Приразломные структуры
ЮЖНООХОТОМОРСКАЯ (III)
СЕВЕРООХОТОМОРСКАЯ (V)
Охотский свод, поднятия
Института океанологии, Академии
наук СССР и др.
Газонасыщенные осадки, баритовая
минерализация, аутигенные
карбонаты, разломы
Фоновое и аномальные
газогеохимические поля
Кашеваровский прогиб
(Кашеваровская
рифтогенная зона)
Голыгинский прогиб,
Курильская котловина
ВОСТОЧНООХОТОМОРСКАЯ (IV)
Объекты / газопроявления
(признаки флюидов)
22
Рисунок 5. Карта-схема геологического контроля газогеохимических провинций, газопроявлений, аномальных газогеохимических
полей, нефтегазовых залежей и газогидратов в Охотоморском регионе. Выполнено на основе карт (Японское море: Леликов и др., 2002; Родников
и др., 2014; Охотское море и о-в Сахалин: Географический атлас..., 1982; Геологическая карта..., 1995; Ильев и др., 2004; Тектоника..., 2004; Харахинов,
2010; Приморский край: (М.Д. Рязанцева, Приморская ГСЭ; Геологическое строение и полезные ископаемые..., 2002) с дополнениями автора.
22
I: 01 – материк; II – газопроявления и разломы о. Сахалин; III-IV – углеводородные ПИ
Сахалинской области; V: 01 – разломы; 02-03 – гранитоиды мезозойского и палеозойского возраста; 04 –
триасовая и юрская системы; 05 – палеозойская система; 06 – палеогеновая система; 07 – неогеновая
система; 08 – меловая система; VI – восток и юг Приморского края: схема геоструктурного
районирования, разломы, интрузивные комплексы; VII – геологическая карта фундамента Охотского
моря; VIII-IX – геологическая карта Японского моря (Леликов и др., 2002); X – флюидодинамика
Татарского пролива (Харахинов, 2010); XI – сейсмичность Охотского моря: 01 – зоны с очагами
землетрясений 0-100 км; 02 – 100-200 км; 03 – 200-300 км; 04 – 350-500 км; 05 – 500-650 км (Родников и
др., 2011); XII – схема распространения аномальных газогеохимических полей миграционной природы и
основных углеводородных скоплений: 1 – газогидратоносные районы с АГП высокой интенсивности
(термогенные и микробные газы); 2 – нефтегазоносные районы с АГП преимущественно термогенных
газов; 3 – перспективные газоносные районы с АГП СН4 средней и высокой интенсивности; 4 –
потенциально нефтегазоносные районы с аномальными полями углеводородных газов термогенного
ряда; 5 – газоносные районы с АГП низкой и средней интенсивности; 6 – углегазоносные районы с
аномальными полями термогенных и метаморфогенных газов; 7 – аномальные поля УВГ, углекислого
газа, гелия и радона в Восточно-Сихотэ-Алинском вулканогене; 8 - проявления метаморфогенных и
глубинных углеводородов в скважинах глубоководного бурения. I-V – схематичные границы
газогеохимических провинций: I – ЦОГГП; II – ЗОГГП; III – ЮОГГП; IV – ВОГГП; V – СОГГП.
Схема газогеохимических провинций хорошо согласуется с геологическим
строением и структурой фундамента (рис. 5). Распространение фонового и
аномальных газогеохимических полей соответствует распределению теплового
потока и, в общих чертах, гидрогеологическому районированию ДВ региона
(Гидрогеологическая..., 2008), но вносит газогенетическую специализацию.
Например, сольфатарные газы Южных Курил изменяют гидрохимию грунтовых
вод (Жарков, 2014), а потоки метана влияют на химический состав поровых вод
морских осадков (Тищенко и др., 2001).
Таким образом, характеристики газогеохимических полей и газопроявлений
Охотоморского региона отражают его геологическое строение, а также
химический и изотопный состав газов залежей каустобиолитов.
Глава 4. Газогеохимические поля Япономорского региона
Японское море (рис. 6) сильно отличается от Охотского моря по
геологическому строению. Это проявлено в особенностях рельефа, строения
земной коры, сейсмичности и геофизических полях (Мельниченко, 2003; Maus et
al., 2009; Кулинич, Валитов, 2011; Изосов, Чупрынин, 2014). В Татарском
проливе обнаружены аномальные газогеохимические поля УВГ как с
преобладанием микробного сигнала ("фоновые" осадки), так и термогенного
(зона влияния Западно-Сахалинского разлома), с которым также связаны
вулканы, действовавшие 5-10 млн лет назад (Мельников, 1987), и, возможно,
23
повлиявшие на повышенные содержания СО2 в газопроявлениях западного
побережья о-ва Сахалин). Сейсмическая активность разломов ЗападноСахалинского прогиба определяет формирование газовофлюидных источников в
Татарском проливе и даже влияет на газогеохимический режим источников в
южной части Центрально-Сахалинского разлома (Ершов и др., 2011).
Рисунок 6. Карта фактического материала и распространения газогидратоносных толщ в
Япономорском регионе. Местоположение вулканов Японского моря показано по (Syedin, 1988).
На врезке показана сводная диаграмма отношения СН4/С2Н6 в скважинах глубоководного
бурения в Мировом океане и распределение метана в осадках. Черные точки – отбор осадков.
КК – Курильская котловина, ЦК – Цусимская котловина.
24
1 – газогидратоносные площади с признаками неконцентрированных газогидратов; 2 –
газогидратоносные площади с высокой концентрацией газогидратов (> 40 %); 3 –
газогидратоносные площади с невыясненным концентрированием газогидратов; 4 - скважины
глубоководного бурения и их номер; 5 – вулканы; 6 – месторождения нефти и газа в
нефтегазоносных бассейнах; 7 – скважины, в которых обнаружены газогидраты в Цусимской
котловине (ЦК); 8 – станции отбора осадка (а – отбор in situ; б – отбор из кернов на берегу, рейс
53 НИС "Академик М.А. Лаврентьев", руководитель д.г-м.н. С.А. Горбаренко), 9 – станции
отбора проб воды; 10 – станции измерения 13С-СH4 в толще вод (Gamo et al., 2012); 11 –
разведочные и параметрические скважины вокруг Японских островов; 12 – газовые скопления;
13 – зона распространения формации"зеленых туфов"; 14 – вулканический фронт; 15 –
глубинные литосферные границы; 16 – углегазовые скопления; 17 – положение гигантского
газового факела 2012 г. (Operation Report…, 2013); 18 – скважина с признаками газогидратов на
северном склоне о-ва Хоккайдо; 19 – углегазоносные впадины с подводным продолжением; 20
– АГП СН4 низкой интенсивности в троге Гензан; 21 – локальные нефтегазоносные структуры;
22 - грязевые вулканы; 23 - нефтегазопроявления; 24 - Окружное месторождение (о-в Сахалин).
Красные кружки в пределах Восточно-Сихотэ-Алинского вулканогена - аномалии
миграционных газов, в том числе Rn (19440 ÷ 10980 Бк×м3) при АГП CH4 (0.42 ÷ 0.21 мл/л
соответственно, 2009 г.).
Изучение большинства колонок осадков, поднятых в Южно-Татарском
прогибе в пределах газогидратоносных участков и активных газопроявлений
(станции 29HC, 31HC, 40HC, 42HC, 43HC и др.; Александровская антеклиза,
3500 км2), указывает на преобладание термогенных УВГ (δ13C-CH4 -43 ÷ -50 ‰,
δ13C-C2H6 -15 ÷ -23 ‰). На шельфовой части данной площади скважинами
вскрыты прослои углей (Харахинов, 2010), которые являются дополнительными
источниками УВГ. Осадочные бассейны Татарского пролива отличаются
большой мощностью осадков и самым высоким нефтегазоносным потенциалом
относительно других районов Японского моря (Осадочные бассейны…, 2004).
В районе Приморского континентального шельфа и склона зафиксированы
АГП СН4 (рис. 7), углеводородных газов, гелия преимущественно низкой и
средней интенсивности в области редких глубокофокусных землетрясений (400700 км, М 8-9). Выявлены высокоинтенсивные аномальные поля водорода в зонах
разломов залива Петра Великого. При этом в гидрогеологических скважинах,
особенно на юге Приморья, обнаружены углеводородные газогеохимические
поля высокой интенсивности (концентрации СН4 до 4.5 мл/л) с соотношениями
УВГ нефтяного ряда. Аномальные поля УВГ, He, H2 и CO2 установлены в зонах
разломов и кайнозойских депрессиях Южного Приморья, в том числе в
интрузивных комплексах, включая гранитоиды; водногазовых источниках
Восточно-Сихотэ-Алинского вулканогена, в газогидратоносных районах (ЮжноТатарский прогиб, хребет Окусири, хребет Садо, Цусимская котловина) и других.
Восточная часть моря характеризуется высоким газогидратоносным потенциалом
(установленная и перспективная площади  27500 км2) и отличается высокой
сейсмичностью (Изосов и др., 2014), которая способствует миграции
25
термогенных газов (δ13C-CH4 -35 ÷ -40 ‰). Японский архипелаг и прилегающие
районы отличаются вулканомагматическим, газогидротермальным (2232 групп
источников; Distribution map..., 1975), нефтегазовым, углегазовым (4 угольных
бассейна имеют подводное продолжение) и, в меньшей степени,
грязевулканическим типами дегазации литосферы. Газогидраты установлены
прямыми методами в четырех структурах (Южно-Татарский прогиб, хребет
Окусири, хребет Садо, Цусимская котловина), а проявления углеводородных
газов зафиксированы в центральной части моря в ходе глубоководного бурения
(Арешев, 2003). Там выявлены "слепые" аномальные поля СН4 (до 1000
нмоль/дм3) в осадке в интервале 4-8 м ниже поверхности дна. В осадках и толще
вод установлена преимущественно низкая интенсивность редких и локальных
аномальных углеводородных газогеохимических полей, что обусловлено в
основном небольшой мощностью осадочного чехла (редко до 3 км) и низкой
сейсмической активностью. Тем не менее, в пределах южно-приморского шельфа
и склона обнаружено 4 метаустойчивых очага эмиссии СН4 (по данным за 19952014 гг., рис. 7). Кроме этого, выявлены высокоинтенсивные аномальные поля
углеводородных газов (СН4 до 0.8 % об., С2Н6 до 6 ppm, C3H8 до 11 ppm, n-C4H10
до 11 ppm), контролируемые литосферными разломами (Виноградовский,
Береговой, Амурский, Партизанский, Западно-Приморский и др.), которые
простираются с континента в залив Петра Великого. Это говорит о том, что
разломы проницаемы и дренируют очаги углеводородов как на суше, так и на
сопредельной акватории. В донных отложениях южно-приморского шельфа и
склона обнаружены высокие концентрации термогенного CO2 (до 2.3 % об. при
δ13С-CO2 -11 ÷ -13.4 ‰).
Аномальные поля термогенных газов являются газогеохимическими
индикаторами южноприморской зоны проницаемости и нефтегазоносного
потенциала залива Петра Великого. Южное Приморье выделяется также
повышенным тепловым потоком > 60 мВт/м2 (Веселов, 2005). Среди
миграционных газов здесь можно выделить углеводородно-метановые,
метановые, углекислотно-азотные, азотно-углеводородные, которые формируют
полигенетические
аномальные
газогеохимические
поля
в
верхних
гидрологических горизонтах и свободные газопроявления (как правило, в
пределах сдвиговых дислокаций). При этом аномальные углеводородные поля в
тектонических депрессиях и других структурах Южного Приморья по своему
составу и соотношениям углеводородных компонентов сходны с полями
углеводородных скоплений, обнаруженных в породах кристаллического
фундамента других районов Азиатско-Тихоокеанской трансформной окраины (в
Китае, Вьетнаме, Японском архипелаге). Доказаны значительные начальные
26
ресурсы СН4 в угольных бассейнах Южного Приморья (до 28 млрд. м3), а также в
других угленосных районах ДВ региона (Гресов и др., 2009), в которых
термогенные и метаморфогенные углеводородные и другие газы обнаружены
даже в магматических породах (например, "партизанский" дацит δ13С-СН4/СО2 35.5/-12.6 ‰, "раздольненские" щелочные интрузии δ13С-СН4/СО2 -34.0/-12.6 ‰,
"угловские" базальты -45.4/-16.2 ‰, "сахалинские" диабазы -27.3/-10.1 ‰ и др.).
Рисунок 7. Локализация аномальных газогеохимических полей УВГ в осадках и
придонной воде залива Петра Великого и его побережья. Выполнено основе карт
27
(Геологическое строение и полезные ископаемые..., 2002; Леликов и др., 2002; Анохин и др.,
2011).
1 – высоко интенсивные аномальные поля УВГ в гранитоидах; 2 – придонные АГП
метана низкой и средней интенсивности; 3 – аномальные поля углеводородных газов, гелия и
углекислого газа в интрузивных комплексах; 4 – аномальные поля гелия и водорода; 5 –
высокоинтенсивные аномальные поля углеводородных газов углегазоносных отложений; 6 –
разломы; 7 – выступы кристаллического фундамента, насыщенные структурно вещественными
комплексами основного состава; 8 – литосферные разломные зоны; 9 – четвертичные
отложения; 10 – островодужные комплексы; 11 – орогенно-активизационные структуры; 12 –
Киевская зона скучивания (J); 13 – Сергеевская зона (мафическое основание?); 14 – угленосные
и вулканогенно-терригенные впадины; 15 – структуры протоплатформенного чехла; 16 –
покровы платобазальтов; 17 – эпицентры глубокофокусных землетрясений (400 ÷ 700 км); 18 –
станции газогеохимических исследований. 8а – распределение СН4 в осадках до глубины 8 м
ниже поверхности дна. 8б – распределение поля CH4.
Газоносными являются угольные бассейны Японского архипелага и
Корейского п-ова, которые имеют подводное продолжение (Аблаев и др., 2002)
на шельфе на расстояние от 30 до 60 км. При этом на юге Приморья в
кайнозойских депрессиях Краскинской и Славянской, высококонтрастные
аномальные поля УВГ (отличаемые от углеметаморфогенных) обнаружены в
гранитоидах и даже на площадях развития эффузивных комплексов пород. Вдоль
Приморского континентального склона очаги эмиссии углеводородных газов
приурочены к узлам пересечений глубинных разломов в пределах
континентального уступа. Наиболее контрастные и высокоинтенсивные
аномальные поля термогенных углеводородных газов, гелия, водорода и
углекислого газа приурочены к ослабленным зонам, сформированным
глубинными разломами, которые ограничивают блоки с различным типом земной
коры и тяготеют к узлам их пересечений. Важно, что в толще осадков, как
правило, в интервале 4-8 метров ниже поверхности дна, обнаруживаются АГП с
концентрациями СН4 до 1000 нмоль/дм3 (северный склон возв. Ямато). Значения
увеличиваются в три раза в районе континентального склона Южного Приморья
(рис. 8а). Устойчивые аномальные поля УВГ позволяют прогнозировать
углеводородные скопления в Южном Приморье.
Наличие высоких концентраций углеводородных газов и резкое уменьшение
значений критерия С1/С2-С5 с глубиной в скважинах глубоководного бурения
(Wakita et al., 1990; рис. 7а) указывают на глубинные и метаморфогенные
источники углеводородов в низах осадочного чехла и, вероятно, фундамента
Японского моря. Низкоинтенсивные аномальные газогеохимические поля вдоль
континентального склона, по типу аномального поля СН4 в троге Гензан, служат
признаками углеводородоносности глубинных зон сочленения (перехода) земной
коры разных типов. Это подтверждается данными по Южно-Китайскому морю
(Обжиров, 1996; Шакиров и др., 2015), в котором установлена промышленная
28
нефтегазоносность в нижней части осадочного чехла и в фундаменте (Арешев,
2003).
Тихий океан
Атлантический океан
Глава 5. Газогидраты северо-западной части Тихого океана
Сопоставление распространения аномальных газогеохимических полей с
различным уровнем миграционных компонентов показывает, что наиболее
интенсивные газопроявления и аномальные поля углеводородных газов, а также
гелия, водорода и углекислого газа являются индикаторами концентрированных
твердых форм СН4 и редко СО2 – газогидратов. Гидраты СН4 рассматриваются как
один из основных альтернативных источников природного газа будущего (Max,
2000). Газогидратные скопления находятся преимущественно в нефтегазоносных
бассейнах Тихого океана (рис. 8). Газогидраты обнаружены в окраинных морях:
Берингово, Охотское (4 района), Японское (4 района), Восточно-Китайское,
Южно-Китайское, Филиппинское и др. Газогидратоносные площади в целом
соответствуют областям высокой сейсмичности, зонам повышенного теплового
потока и тяготеют к активным разломам. Термобарические, геохимические и
гидрологические условия формирования газогидратов подробно изучались
многими исследователями (Гинсбург, Соловьев, 1994), в том числе автором
(Отчет о НИР..., 2008).
Тихий
океан
Индийский
океан
Рисунок 8. Распространение скоплений газогидратов и проявлений углеводородоносных
флюидов в Мировом океане. 1 – установленные газогидраты; 2 – углеводородные газы и
флюиды; 3 – газопроявления; 4 – предполагаемые газогидраты (по геологическим и
геохимическим критериям; BSR, термобарическим).
Одними из наиболее дискуссионных проблем в формировании и
диссоциации подводных газогидратов являются роль геологического строения
районов и генезис гидратообразующих газов. Молекулярный состав
газогидратного газа морей западной части Тихого океана в большинстве районов
29
уверенно указывает на преобладание термогенно-микробной газовой смеси в
различных пропорциях (рис. 9) с δ13С-СН4 -39 ÷ -77.5 ‰ PDB. Например, метан
из газогидратов западной части Охотского моря относится к микробным газам с
примесью термогенных компонентов. Последние подтверждены, в том числе,
термогенным этаном (Hachikubo et al., 2011), другими УВГ в некоторых
структурах и парафиновыми углеводородами (Обжиров и др., 2013). Критерий
13С-СН4 сильно снижается, когда восходящий газовый поток из зоны ката- и
метагенеза (-20 ÷ -40 ‰) разбавляется микробными газами (-70 ÷ -90 ‰), и
"выравнивается" до значений -45 ÷ -65 ‰ и ниже за счет "масс-балансового
эффекта" (Шакиров, 2015). Особенно интенсивная микробная генерация СН4
происходит в газогидратоносных осадках, сформированных под влиянием выноса
рек и в осадочных линзах у подножий континентальных и островных склонов
("дельтовые" и "палеодельтовые" газогидраты в зоне их стабильности).
Генетический состав газов гидратоносных осадков в пределах одного моря
может различаться, на что влияет геологическое строение районов. В бассейне
Уэцу преобладают термогенные газы, в Южно-Татарском прогибе установлены
термогенные газы и признаки углеметаморфогенных газов, в Цусимской
котловине зафиксирована значительная доля микробных газов (табл. 2).
Скопления газогидратов в Охотском и Японском морях приурочены к
сейсмически активным районам; а в восточной части Японского моря к зонам
развития смешанных комплексов пород с большой долей вулканокластического
материала (Леликов и др., 2002). К гидратоносным районам Японского моря
примыкают островные нефтегазоносные бассейны, в которых залежи часто
приурочены к вулканокластическому типу коллектора (Кириллова и др., 2002).
Как правило, газогидраты установлены в областях развития осадков мощностью
от 2 до 5 км (табл. 2). Глубина подошвы слоя газогидратоносных осадков от
поверхности дна достигает 300-400 м. В большинстве случаев газовые гидраты
формируются в тектонических прогибах вдоль краевых частей морей, а их
скопления контролируются разломами. Сдвиговые дислокации, которые играют
важную роль в локализации углегазовых и нефтегазовых месторождений
(Подолян и др., 1999; Харахинов, 2010) трансформной окраины востока Азии
(Ханчук, Голозубов, 2004), часто контролируют газогидратные скопления
структурного типа (массивные линзы газогидратов, рис. 9). Наиболее
благоприятными участками являются узлы сдвигов и оперяющих их активных
взбросов и сбросов. Один из наиболее важных аспектов газогидратоносности
западной части Тихого океана – это многоярусное залегание газогидратов: они
обнаружены от поверхности дна до горизонта 300 метров и прогнозируются
глубже (табл. 2). Пристального внимания заслуживает газогидратоносный
30
потенциал мало исследованных прямыми методами осадочных бассейнов
Берингова и Южно-Китайского морей. В последнем высока вероятность
распространения газогидратов структур I и II (Trung, 2012) на глубинах до 2500
м. Другой аспект – это то, что микробные, термогенные, метаморфогенные и
глубинные газы, по принципу аддитивности, формируют полигенетические
газогеохимические поля в гидратоносных осадках (рис. 9; рис. 10). Для районов
вулканической активности характерны газогеохимические поля с аномальными
концентрациями CO2 (Голыгинский прогиб, трог Окинава). АГП СН4 наивысшей
интенсивности связаны со структурами газо- и гидратонасыщения, которые
картируются по сейсмоакустическим аномалиям (Прокудин, 2013).
а
I
1
II
сольфатара (8)
III
6
5
2
8
IV
7
4
3
Рисунок 9. Газогенетическая диаграмма гидратоносных осадков и нефтегазоносных
провинций района исследований по данным (Кудрявцева, Лобков, 1984; Равдоникас, 1986;
Hachikubo et al., 2010; Hachikubo et al., 2011; авторские).
1 – впадина Дерюгина и Курильская котловина (Охотское море), Цусимская котловина
(Японское море), бассейн Шеньху (Южно-Китайское море); 2 – Курильская котловина (северозападный борт); 3 – Южно-Татарский прогиб (Японское море); 4 – бассейн Уэцу (Японское
море); 5 – нефтегазовые залежи Северо-Сахалинского осадочного бассейна и осадки ВосточноСибирского моря; 6 – бассейн Уэцу и осадки Восточно-Сибирского моря; 7 – ЮжноСахалинский грязевой вулкан; 8 – вулкан Менделеева (о. Кунашир). Углеводородные газы: I –
микробные С1 и С2; II – микробные С1 и термогенные С2; III – термогенные С1 и термогенные
С2; IV – магматогенные и метаморфогенные С1 и термогенные С2. а – фотография массивного
образца гидрата метана (западный борт впадины Дерюгина).
31
Таблица 2 – Распространение и генезис газовых гидратов в морях северо-западной части Тихого океана
Горизонт,
м
Море
0.1-5
0-2
Охотское
Глубина
моря, м
Геоструктура
370-1200
впадина
Дерюгина
790-915
0.5-5
725-1050
0-10
320-325
0-30
1000
Японское
Голыгинский
прогиб
СЗ борт
Курильской
котловины
ЮжноТатарский
прогиб
прогиб Уэцу
25712623
прогиб
Окусири
1-5
140-200
18002100
Цусимская
котловина
0-5
700-1000
0-5
13351555
ВосточноКитайское
трог Окинава
/ у о-ва Кюсю
трог Окинава
/ гидротерм.
поле JADE
трог Окинава
/ Северный
участок
Голоцен, верхний
плейстоцен,
алевропелиты
Голоцен, кремнистые
диатомовые
вукланокластические
алевритовые илы
Голоцен, верхний
плейстоцен,
алевропелиты
Голоцен, илы,
глинистые илы с
примесью песка
Голоцен, плиоцен,
песчаные отложения
Песчаные отложения
Пески крупно
зернистые, с
прослоями пепла
Глинянные диапиры,
BSR
Илы, алевропелиты,
черные курильщики
Голоцен, верхний
плейстоцен,
алевропелиты
0-5
13351555
-
140-1800
ЮЗ склон ова Тайвань
Песчаные отложения,
алевропелиты
600-1100
конт. склон,
бассейн
Шеньху
46004700
Нанкайский
трог
Поздний миоцен,
песчаные фаны,
турбидиты
Плейстоцен, песчаные
отложения, турбидиты
(> 1000м/млн лет)
100-300
90-140,
270
ЮжноКитайское
Филиппинское
32
13С-СН4, ‰ PDB
и другие
Генезис
Тепловой
поток*/ BSR
Литература**
-63 ÷ -70
H2S, С2H6
Микробный,
примесь
термогенных
70-400 мВт/м2
1; 2
100-400 мВт/м2
3; 4
100-400 мВт/м2
5; 6; 7
80-159 мВт/м2
5
80-150 мВт/м2
8; 9
-59.6 ÷ -65
C2H6 39-22 ppm,
C3H8 28 ppm. H2S
Термогенный
и микробный
-65 (2012)
C2H6, C3H8
C1/(C2+C3) 500
δ13C-CH4 -47
δ13C-C2H6 -23
АГП С2-С6
Микробный,
примесь
термогенных
Термогенный,
микробные
газы осадков
Преобладает
термогенный
Преобладает
микробный
156 мВт/м , 17.8
24°С/100 м
3
Преобладает
микробный (?)
в основном
40-70 мВт/м2
10; 11
-
100-1000 мВт/м2
12; 13
Магматоген.,,
термогенный
Гидраты СО2
100-1000 мВт/м2
14; 15; 16
-47 ÷ -54
С1/(С2+С3)=2900,
C2H6 130 ppm
C1/C2+ > 1000
13
C-CH4 -65
δH-CH4 -171
13
С-СН4 -36 ÷ -40
С-СO2 -4.8 ÷ -5
13
2
Признаки: BSR,
утяжеленный 18O,
разломы
Признаки: BSR,
разломы, гелий
гряз. вулканов
-
80-100 мВт/м2
17
Конц. СН4 до
115356 нл/л,
терм./микр.
80-100 мВт/м2
18
-46.2 ÷ -74.3
(S: 15 км2)
Микробный и
термогенный
126-129 мВт/м2
18; 19; 20
-40 ÷ -65
С1/(С2+С3): 10-1000
Термогенный
и микробный
126-129 мВт/м2 /
BSR 205+/- 20 м
21;22; 23
32
10-100
Вмещающие осадки
Примечание: приведены основные газовые полеобразующие компоненты (в Охотском море,
главным образом, по проектам KOMEX, CHAOS, SSGH и др.). *Тепловой поток (Туезов,
Липина, 1988; Веселов, Соинов, 1997; Веселов, 2005; Родников и др., 2014). **Литература: 1
(Николаева, Деркачев, 2009); 2 (Hahikubo et al., 2011); 3 (Гинсбург, Соловьев, 1994); 4 (Леин,
Иванов, 2009); 5 (Hachikubo et al., 2013); 6 (Деркачев и др., 2015); 7 (Шакиров и др., 2016); 8
(Matsumoto et al., 2011); 9 (Freire et al., 2011); 10 (Chun et al., 2011); 11 (Lee, Chough, 2003); 12
(Tanahashi, 2011); 13 (Ning et al., 2009); 14 (Sakai et al., 1990); 15 (Jianming et al., 2003); 16
(Pollak et al., 1991); 17 (Sun et al., 2015); 18 (Yang et al., 2006); 19 (Wu et al., 2011); 20 (Trung,
2012); 21 (Fehn et al., 2003); 22 (Kida et al., 2013); 23 (Tsunogai et al., 2012). Прочерк – нет
данных.
Наиболее перспективные залежи (структурного типа) обнаруживаются в
местах активных разломов, с геохимическими признаками глубинного флюида
(Fehn et al., 2003; Дмитриевский, Валяев, 2010). При этом принципиально
возможно дешифрирование газов разных зон литогенеза (рис. 10). Важным
фактором формирования генетического спектра газогеохимических полей в
газогидратоносных отложениях является масс-балансовый эффект (рис. 10).
Рисунок 10. Модель-схема полигенетических газовых потоков в окраинных морях
Дальневосточного региона. а – "масс-балансовая" диаграмма микробных и термогенных газов
(к объему 100 мл микробного газа (-75 ‰) постепенно добавляется термогенный "нефтяной"
газ (-40 ‰); б – вертикальная шкала нефтегазообразования (Архипов, 1981) с дополнениями
автора; в – пример результирующего изотопного состава углерода газогидратоносных
33
отложений впадины Дерюгина и бассейна Уэцу; г - схема миграционных газовых потоков из
литосферы в зону гидратообразования в соответствии с вертикальной зональностью
нефтегазообразования.
1 – тектоносфера (упрощенно); 2 – толща вод; 3 – дневная поверхность; 4 – речной сток; 5
– газовое скопление; 6 – газогидраты; 7 – нефть; 8 – нефть и газ; 9 – сквозной литосферный
разлом; 10 – разломные зоны; 11 – приповерхностные разрывные нарушения; 12 – рыхлые
отложения; 13 – направление снижения критерия 13С; 14 – уголь; 15 – газопроявления; 16 –
область фонового поля СН4; 17 – потоки газов и флюидов; 18 – аномальные поля СН4, Hg и др.
Таким образом, газогидратоносность северо-западной части Тихого океана
представлена прерывистой полосой газогидратоносных районов, которые можно
объединить
в
провинции,
составляющие
Западно-Тихоокеанский
газогидратоносный пояс. Газогидратные скопления имеют генетическую и
пространственную связь с нефтегазоносными и углегазоносными площадями в
пределах сквозных литосферных газово-флюидных систем. Газы мигрируют
между отдельными членами этой системы по глубинным зонам проницаемости
литосферы и активным разломам. Этот процесс может осложняться современной
гидротермальной и постмагматической флюидной активностью. В условиях
низкой сейсмичности и без коренных тектономагматических перестроек
газогидраты могут погружаться на большие глубины (установлены до 300 м ниже
поверхности дна). В последнем случае газогидратоносность необходимо
исследовать в палеоаспектах, например, для изучения циклов природных газов.
Идею подтока миграционных газов в зону гидратообразования поддерживают
результаты современных исследований критерия 129I/I, который показывает, что
гидратообразущий газ гораздо древнее, чем вмещающие осадки (Fehn et al.,
2000). Например, исследования в газогидратоносной толще Нанкайского трога
выявили 129I/I 180-520×10-15, что соответствует возрасту 24-28 млн лет (Fehn et al.,
2003). Газовые гидраты занимают в рассеянном виде до 45 % порового
пространства осадков, массивные агрегаты представляют сплошные линзы
(впадина Дерюгина, Голыгинский прогиб, прогиб Уэцу, Цусимская котловина).
Глава 6. Газогеохимические поля и их связь с сейсмотектоникой
Дальневосточного сектора переходной зоны континент – океан
Важнейшим аспектом распространения, состава и интенсивности
аномальных газогеохимических полей, широко распространенных в окраинных
морях Дальневосточного региона, является их связь с сейсмотектонической
активностью переходной зоны сочленения континентальных и окраинноморских
геоструктур. Для исследования этой связи проанализированы авторские и
литературные данные о газогеохимических полях и газопроявлениях в районах
Охотского и Японского морей за 30 лет, что позволило разделить связь ГГП с
34
сейсмотектонической активностью на 4 временных типа: 1) досейсмический; 2)
косейсмический (от одного до нескольких часов); 3) постсейсмический краткий
(< 1-3 месяца); 4) постсейсмический длительный (до года и более). Сейсмичность
в центральных районах окраинных морей, как правило, ниже, чем на периферии
(Гордеев и др., 2006) и отличается более глубокими депоцентрами землетрясений
(Иващенко и др., 1990), что обусловливает формирование там преимущественно
фоновых газогеохимических полей.
До
сейсмического
события
устанавливается
региональный
газогеохимический фон (фоновое газогеохимическое поле, ФГП), который в
разных морях может незначительно варьировать, при этом возможно выявление
предвестников землетрясений. Косейсмический эффект установлен для грязевых
вулканов Хоккайдо-Сахалинской складчатой системы: Южно-Сахалинский
(Ершов и др., 2011), Пугачевский, Лесновский и Восточный (о-в Сахалин),
Камихоронобэ, Утакисибетсу и Ниикаппу (о-в Хоккайдо), Матсудаи, Гамо,
Муроно, Камоу (о. Хонсю). Выявлены косейсмические изменения концентраций
метана (до 20 % об.), его гомологов, азота и углекислого газа. Эти наблюдения
подтверждаются косейсмическими выбросами газов грязевых вулканов в
Нанкайском троге (Tsunogai et al., 2012) и на о-ве Тайвань (Jiang et al., 2011).
Современная вулканогенная сейсмичность Камчатско-Курило-Японской области
отражается в появлении в вулканических выбросах углеводородных газов с
косейсмическим метаморфогенным и абиогенным сигналом 13C-CH4 (о-в
Кунашир (≥ -28 ‰), о-в Итуруп (-3 ÷ -6 ‰), 13C-CO2 (+2 ‰) (Shakirov et al., 2014).
Краткий постсейсмический тип связи преобладает в случае сильных (более
3-5 баллов) мелкофокусных (до 50-60 км) землетрясений в зонах активных
разломов, например, западной части Охотского моря и восточной части
Японского моря. Установлено, что увеличение количества выходов метана и его
концентраций в водной толще связано с ростом межгодовой динамики коровой
сейсмичности (Obzhirov et al., 2004; Кулинич и др., 2007). Рост активности
газовой эмиссии на западном борте впадины Дерюгина наблюдался с 1983 по
2011 г. (рис. 11). Всплески интенсивности аномальных газогеохимических полей
и активизация газово-флюидной активности взаимосвязаны с сериями
землетрясений в западной части Охотского моря и на сопредельных островах
(Кунаширское, 1994, Нефтегорское, 1995, Хоккайдское, 2003, Невельское, 2007,
Тохоку, 2011 и др.). Это связано с тем, что в зонах активных разломов
усиливается восходящая газовая миграция, в том числе, из-под подошвы
газогидратов, из нефтегазовых залежей и кристаллического фундамента к
поверхности дна; увеличивается тепловой поток до 100-400 мВт/м2 (впадина
Дерюгина, Курильская котловина и др.) (Веселов, 2005; Родников и др., 2011),
35
значения которого также зависят от характеристик водогазового флюида
(теплоносителя).
Рисунок 11. Межгодовое изменение динамики количества газопроявлений типа
"факел" и концентраций метана в толще вод (1985-2011 гг.). 1 – количество потоков
пузырей метана; 2 – средние концентрации метана (нл/л) в придонном слое воды; 3 –
экспоненциальный тренд изменения количества факелов. Красные стрелки (слева
направо): землетрясения Нефтегорское (4), Невельское (5) и Тохоку (6). Оранжевый
треугольник (7) отмечает время регистрации гигантского газового факела 2012 г. на
западном борте Курильской котловины. В 2012 году произошла смена района работ.
При колебаниях сейсмической активности значительно изменяются
интенсивность (мощность) газопроявлений и высота газовых «факелов».
В Восточно-Охотоморской и Северо-Охотоморской ГГП наблюдаются, в
основном, досейсмический и длительный постсейсмические эффекты.
Изучение связи газогеохимических полей и газопроявлений Японского моря
с сейсмотектоникой осложнено, в первую очередь низкой газогеохимической
изученностью. Тем не менее, установлено, что газовые потоки, ассоциируемые с
газогидратоносными осадками в Цусимской котловине, подножий хребтов Садо и
Окусири и Южно-Татарском прогибе возникли в зонах повышенных
сейсмичности и теплового потока. Дополнительно на газогидратоносном склоне
хребта Окусири зафиксированы косейсмические изменения морфотектонической
обстановки после цунамигенного землетрясения 1993 года (М 7.8, гипоцентр 30
км) (Takeuchi, 1998). Здесь была отмечена активизация взбросов – разломов,
которые в восточной части Японского моря (прогиб Уэцу, склон о-в Садо) и в
западной части Охотского моря, как правило, контролируют интенсивные
газопроявления. В Приморской зоне Японского моря глубокофокусные
землетрясения (для 21 события в период 1981-2009 гг. глубины гипоцентров 312584 км, М 4.6-7.2) определяют длительное постсейсмическое влияние на
газогеохимический режим дна. Эта обстановка выражается, в частности, в
метастабильных очагах разгрузки природных газов. Изменчивость интенсивности
АГП с высокой амплитудой (102÷106 нл/л), по всем данным сейсмозависимая,
36
выявляется также в гидрологических скважинах прибрежных структур
(кайнозойские тектонические депрессии) начиная с 1991 г.
К вопросу о возникновении современных очагов дегазации литосферы.
Связь сейсмической активности и газопроявлений сложно устанавливается для
длительного постсейсмического типа. Для этой задачи одним из целесообразных
решений является рассмотрение проявлений дегазации литосферы в пределах
линеаментов (Кулинич, 1988) – сложных протяженных геотектонических зон
регионального (300-2000 км) и планетарного (3000-20000 км) масштабов.
Наиболее интенсивная углеводородная дегазация в регионе происходит в
пределах Хоккайдо-Сахалинской складчатой системы, которая является частью
Япономорского (Охотско-Япономорского) линеамента (Jolivet, Cadet, 1983; Лихт,
2001) (рис. 12). Он выделяется повышенной сейсмической активностью,
протяженными разломными зонами, выраженными на поверхности активными
разломами различных кинематических типов (Мельниченко и др., 2011; Изосов и
др., 2014). В западной части Охотского моря и о-ве Сахалин эти разломы
определяют участки сосредоточенных и площадных газово-флюидных
проявлений (сипов, грязевых вулканов, водогазовых и геотермальных
источников) углеводородных и других газов (водорода, гелия, углекислого газа).
В июне 2012 г. на западном борте Курильской котловины с участием автора был
обнаружен один из самых высоких газовых факелов в Мировом океане (рис. 12;
высота над дном 2200 м, поток 5 моль/м; Cruise Report…, 2013). Признаки
газовой активности в этом районе наблюдались и ранее (1985 г., Ю.И.
Мельниченко). Высота газового потока резко снизилась в 2013-2015 гг., но
сохранялся пульсационный режим газопроявления. Наиболее вероятной
причиной
возникновения
гигантского
газового
факела
является
сейсмотектоническая активизация. Регионально значимым событием в этот
период было катастрофическое землетрясение Тохоку (2011 г., М 9, глубина 24.4
км), эпицентр которого зафиксирован также в зоне влияния линеамента
(восточнее о-ва Хонсю). На о-ве Хоккайдо тектонические смещения в результате
этого землетрясения достигали 40 метров (Azuma et al., 2014). Также в 2012 г. в
период наблюдений регистрировались сильные землетрясения в юго-западной
части Охотского моря, а активизация вулканической активности Японских
островов наблюдается по сей день. Эти землетрясения и вызванные ими
тектонические деформации, вероятно, нашли свое отражение в усилении
дегазации западной части Курильской котловины, определяя длительное
постсейсмическое влияние на газогеохимический режим этого района.
Обсуждаемый линеамент по ряду работ протягивается до моря Лаптевых (Ким,
1986; Лихт, 2001), где в районе, примыкающем с юга к сейсмо- и вулканически
37
активному хребту Гаккеля (северное звено САХ), в 2011 г. обнаружена площадь
масштабной разгрузки природного газа (Сергиенко и др., 2012) (рис. 12).
Следовательно, сквозные трансструктурные линеаменты, составляющие
регматическую сеть Земли, могут определять места возникновения наиболее
интенсивных восходящих газовых потоков из литосферы, формирование
углеводородных залежей и зон распространения аномальных газогеохимических
полей в лито-, гидро- и атмосфере.
Рисунок 12. Карта землетрясений и "линеаментного" контроля некоторых активных
очагов эмиссии природного газа.
1 – гигантский газовый факел в Охотском море (к.ф-м.н. Саломатин А.С., 2012 г.); 2 –
факел «Гизелла» в Охотском море; 3 – поле разгрузки природного газа в море Лаптевых
(Сергиенко и др., 2012); 4 – линеамент хребта Гаккеля; 5 – положение "факелов" природного
газа; 6 – Охотско-Япономорский линеамент и его продолжение в море Лаптевых, 7 – линеамент
предполагаемой северной границы Охотоморской плиты. Выполнено на карте (Уломов, 2007).
На основе полученных данных в диссертации составлена карта геологического
контроля распределения газопроявлений, аномальных газогеохимических полей
углеводородных газов, нефтегазовых залежей и газогидратов в ОхотскоЯпономорском регионе и сведены наиболее информативные изотопногазогеохимические качественные и количественные критерии для исследования
зон перехода континент – океан (табл. 3). Комплекс критериев разделен на два
основных вида: экспресс- и пост-экспедиционные. Усиление эмиссии газов из
литосферы имеет прямую связь с сейсмической активизацией разломных зон,
особенно
в
случае
мелкофокусных
и
сильных
землетрясений.
38
Таблица 3 – Комплекс газогеохимических критериев (по совокупности литературных и авторских исследований)
№
1
2
3
Область применения
Формула/математ.
выражение
Генетическое значение
Экспресс-критерии (возможны для получения в ходе экспедиции на борту судна или в полевых условиях)
Поле концентраций газов, фон,
поиск УВ скоплений,
Признаки источника,
аномалия, градиент изменения
% об., нл/л (нмоль/л),
геокартирование, поиск
интенсивность, отклик на
3
концентраций газов, молекулярная
нл/дм , нл/кг
рудоконтрол. структур
сейсмическую активность
масса углеводородной фракции
Морфогенетические формы
Этановый коэффициент
нефтегазопоисковая геология
КС2: С2 / ∑ ТУ – С2.
нахождения скоплений
углеводородных газов
Рост содержание пропана – признак
возрастания доли конденсата и
Поиск термогенных газов,
Этан-пропановый коэффициент
С2/С3
нефти. Близкие значения этана и
нефтегазовая геология
пропана – признак термогенных
газов
Диагностика происхождения
Наличие или отсутствие
УВГ
Бутановый коэффициент
КС4: i C4H10 / n C4H10
миграционных газов в зоне
установление границы зоны
опробования
диагенеза
5
Пентановый коэффициент
Диагностика происхождения
УВГ
i C5H12 / n C5H12
Генетический, в интервале 1.0–1.4
указывает на наличие
миграционных газов
6
Эпигенетический коэффициент
УВГ
Диагностика происхождения
ГГП
(∑С2+С5/∑С1-С5×100%)
Выявление эпигенетических
(миграционных) компонент
7
Углекисло-метановый
коэффициент; азотно-метановый,
водородно-метановый и другие
Метан-водородный коэффициент
Прогноз сейсмоактивности
СО2/СН4; N2/CH4; H2/CH4
Оценка доли гетерогенных
источников
Нефтегазовая геология,
геокартирование
СН4/H2
Характеристика водородоносности,
картирование активных разломов
8
39
39
4
Газогеохимический критерий
газогеохимического поля
9
10
11
12
13
14
16
17
18
19
20
21
Нефтегазовая геология
40
С1/ ∑УВГ
40
15
Сухой-влажный газ, критерий
миграционных УВГ
Оценка глубинности и
Метан-гелиевый коэффициент
Картирование разломов
СН4/He
углеводородоносности
Комплекс ГХ, МС и ГХМС индикаторов (один-два месяца после окончания экспедиции или полевых работ)
Поисковое значение,
Генезис газов in situ, региональный
Фоновое ГГП
региональная
D = σ2 ; σ = √ Σ (сi – сcр.)2/n
фон
сейсмоактивность
Аномальные ГГП
Поисковое значение,
Интенсивность:
Определение активности разных
(распространение, хим. состав,
региональная
2-3 раза; 5 раз
источников газов
интенсивность и др.)
сейсмоактивность
≥10 раз
Отношение стабильных изотопов
Поисковое значение
δ13C-CH4
Исследование полигенезиса ГГП
углерода метана
Отношение стабильных изотопов
Поисковое значение
δ13С2Н6
Исследование полигенезиса ГГП
углерода этана
Поиск рудоносных и
Исследование источников газовой
Отношение стабильных изотопов
13
золотоносных разломных зон
δ С-СО2
эмиссии
углерода углекислого газа
и интрузивных комплексов
13С – С1/(С2+С3)
Диаграмма Бернарда
Генезис углеводородов
Исследование генезиса ГГП
13С – С1/(Сn+)
Генезис углеводородов
Диаграмма Скоэла-Витикара
(термогенный сухой; с нефтью
δ13C-CH4/ δ13D1
Исследование генезиса ГГП
и конденсатом)
Диаграмма Джефри (Jeffrey et al.,
Микробный и термогенный
Исследование генезиса ГГП
CO2/13С-CO2
1991)
генезис
"Масс-балансовый эффект",
δT cT = δ1 c1 + δ2 c2 +...
Изотопный газогенетический
градиент изменения соотношения
Оценка доли миграционных
δn cn (Zeebe, Wolfкритерий формирования
изотопов газообразующих
компонентов
Gladrow, 2001).
полигенных газовых смесей
элементов
Отношение изотопного состава
Исследование источника ГГП, а
Пост-генетические изменения δ13C-CH4/ CO2/13С – CO2
углерода метана и углекислого газа
также «влажности» газового потока
Сорг., биомаркеры ГГП и
Нефтегазоносный потенциал,
Преимущественно
Поиск углеводородных залежей,
углеводородных скоплений
условия осадконакопления
углеводороды С7-С40
исследование генезиса РОВ и др.
С1/Сумма УВГ
При этом наблюдаются, в основном, косейсмические и краткие постсейсмические
эффекты. Досейсмический эффект установлен на п-ове Камчатка: выявлена
реакция поля подпочвенного радона на процессы подготовки землетрясений
(Фирстов, 2006); а также по комплексу газов грязевых вулканов на о-ве Тайвань
(Yang et al., 2006). Глубокофокусные сильные землетрясения могут формировать
мощные очаги дегазации литосферы, действующие длительное время и, в целом,
определяют газогеохимический режим тектонических структур регионального и
планетарного масштабов, а также межрегиональные различия характеристик
фонового газогеохимического поля. Линеаментный контроль очагов газовой
эмиссии подтверждается также в Южно-Китайском и других морях (Кулинич,
1988; Dmitrievsky et al., 2001). Например, протяженный линейный район
эпицентров землетрясений выделяется в зоне рифта Красной реки, который
состоит из разломов глубинного заложения, а смещения по ним регистрируются
для всего времени тектонического развития северного Вьетнама (Phuong, 1991).
Эти разломы протягиваются с континента в Тонкинский залив и в настоящее
время активизированы: по ним происходят правосторонние смещения, которые
отвечают за возникновение многочисленных сильных коровых землетрясений (M
< 7: Phuong, 1991). Вдоль рифта Красной реки закартировано не менее ста
проявлений термальных вод, а авторскими исследованиями выявлены
аномальные газогеохимические поля термогенных и метаморфогенных
углеводородных газов, а также гелия, водорода и углекислого газа. Эти данные
подтверждены анализом химического состава осадков и биомаркерами
(например, Pr/Ph 0.8 ÷ 1.1).
Кроме того, рифтовые системы Восточной Арктики, например, на
Чукотском п-ове, контролируют эмиссию эндогенных газов в области сочленения
Тихоокеанской и Восточно-Арктической окраин, которая также является
золотоносной (Сидоров, Волков, 2008). «Линеаментный» тип литосферной
дегазации влияет на баланс газовых микрокомпонентов атмосферы.
Распределение и генезис газогеохимических полей также зависят от
содержания органического углерода и химического состава рассеянного
органического вещества, которые, в том числе, определяют региональные
характеристики ореолов рассеяния природных газов. При этом положительные
корреляционные связи отмечаются для Сорг в осадках и многих элементов,
например в Восточно-Сибирском море (Сорг 0.29 ÷ 2.27 %): Fe (0.87), Mg (0.88),
Na (0.64), V (0.75), Cr (0.86), Cs (0.63), Pb (0.68). Сходные закономерности
проявляются в окраинных морях западной части Тихого океана и особенно ярко в
районах аномальных газогеохимических полей, являющихся важным фактором
зоны гипергенеза.
41
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В
окраинных
морях
Дальневосточного
региона
установлена
пространственная
и
генетическая
взаимосвязь
приповерхностных
газогеохимических полей, газопроявлений и газогидратов с подстилающими
газоносными, углегазоносными и нефтегазоносными толщами, а также с газами
магматических пород. Восходящая эмиссия природных газов обусловливает
формирование аномальных полигенетических газогеохимических полей низкой,
средней и высокой интенсивности. В активных Охотоморской, Япономорской и
Южно-Китайской окраинах на эти процессы оказывают значительное влияние
литосферные нижнекоровые и верхнемантийные источники, а также
сейсмотектоническая активность. Распределение и генетический состав
газогеохимических полей определяется геологическим строением районов.
В
Охотоморском
регионе
высокоинтенсивные
аномальные
газогеохимические поля миграционных газов распространены шире, чем в
Япономорском регионе, что обусловлено их разницей в балансе источников
углеводородов и сейсмотектонической активности. В Малой Курильской
островной дуге и Японском архипелаге проявления магматогенного метана и
зоны генерации изотопно-тяжелых углеводородов обусловлены глубинными
источниками. Наложение бактериальных процессов на первичный поток
природных газов может сдвигать в отрицательную сторону изотопный состав
углерода метана на 10 ‰ и более. В целом, роль микробных процессов в
трансформации органического вещества, процессах окисления метана и
углеводородов в придонных и поверхностных условиях значительна. Несмотря на
это, миграционные потоки газов из зон ката- и метагенеза и более глубинных
очагов фиксируются характерным распределением газовых микрокомпонентов и
изотопными
метками
газообразующих
элементов.
Специализация
газогеохимических провинций проявляется в отклонении от фоновых
содержаний газов: чем больше отклонение, тем контрастнее выражена провинция
и тем сильнее она отражает особенности локализации в данной области
месторождений, особенно углеводородных, характерные черты геологического
строения и другие. Границы газогеохимических провинций представляют собой
переходные зоны, которые устанавливаются не только по распределению
«типоморфных» изотопно-газогеохимических характеристик, но и на основе
тектонических, стратиграфических, сейсмических и других признаков.
Газогидратоносные провинции окраинных морей западной части Тихого
океана, отличительной особенностью которых является многоярусность, могут
быть объединены в Западно-Тихоокеанский газогидратоносный пояс:
42
прерывистую полосу скоплений газогидратов в четвертичных и кайнозойских
отложениях с мощностью до 300 метров в диапазоне глубин 350-2000 метров и
начальными ресурсами метана до 2-3×1015 куб. метров. Газогидратные скопления
являются эпигенетической формой каустобиолитов: их происхождение
обусловлено миграцией природных газов из газоносных, нефтегазоносных и
угленосных толщ, часто при значительном наложении глубинных и микробных
газов. Существует тектоно-генетическая связь газогидратоносных районов с
нефтегазоносными и угленосными бассейнами в западной части Тихого океана.
Гидратообразующий метан, как правило, представлен газовой смесью с составом
углерода метана -40 ÷ -75 ‰ PDB. Вмещающие осадки в зонах проницаемости
содержат углеводороды термогенного и метаморфогенного генезиса, а также
магматогенные газовые компоненты. Основным фактором формирования
газогидратных скоплений является геологическое строение районов (при
благоприятных P-T условиях). В теории и практике поисковых газогидратных
исследований следует, в том числе, уделить внимание геологическим структурам
в пределах современных и палеодельт.
Газогеохимические поля являются важными индикаторами современной
сейсмотектонической и геодинамической обстановки переходных зон континент
– океан. Для прогноза землетрясений и других опасных геологических процессов
необходимо создание службы газогеохимического мониторинга в комплексе с
сейсмологическими и гидрогеологическими исследованиями. Дальнейшее
развитие региональной газогеохимии позволит выделить газогеохимические
индикаторы геодинамических обстановок и глубинного строения зоны перехода
континент – океан. Для прогноза сейсмической активности рекомендуется
автоматизированный мониторинг содержания СН4, СО2, N2, He и H2 в
водогазовых и геотермальных источниках, грязевых вулканах, фумаролах и
гидрологических скважинах.
Перспективы газогеохимических исследований связаны с оценкой вклада
глубинных природных газов в формирование сквозной углеводородной
флюидной системы переходных зон и изучением энергетической составляющей
газовых потоков. Особое внимание следует уделить ловушкам в районах
распространения пород среднего и основного состава, коллекторам в зонах
трещиноватости
фундамента,
тектоническим
"окнам",
формируемым
покровными структурами, и другим тектоническим структурам, в том числе в
зонах сочленения блоков земной коры разных типов. Для этого необходимо
проведение газогеохимической съемки не только слаболитифицированных
отложений, но и кристаллических пород.
43
В зонах аномальных газогеохимических полей миграционных газов в
осадках могут концентрироваться металлы и минералообразующие элементы
(Ag, Cu, Mn, Hg, Ba, As, Fe, V и другие), поэтому газогеохимические
исследования можно рекомендовать как дополнительный метод не только для
поиска промышленных углеводородных залежей, но и для составления
металлогенических и геоэкологических карт.
Восточно-Сибирское море при мощности осадочного чехла до 10 км и более
(Сакулина, 2011) по газогеохимическим критериям характеризуется
положительными перспективами обнаружения углеводородных скоплений на
всем протяжении от шельфа в сторону глубоководной котловины Северного
Ледовитого океана. Перспективы обнаружения газогидратов в морях Восточной
Арктики связаны с многолетнемерзлыми породами, зонами неотектонических
разломов и рифтовых систем.
Таким образом, исследование газогеохимических полей окраинных морей
Дальневосточного региона и прилегающих районов позволяет изучать генезис
литосферных углеводородно-флюидных систем. Особую контролирующую роль
в распространении и интенсивности газогеохимических полей выполняют
разломы, геотектонические линеаменты, рифтовые и другие тектонические
структуры. Характеристики углеводородных газогеохимических полей
окраинных морей Дальневосточного региона определяются углеводородным
потенциалом не только осадочного чехла, но и фундамента.
Для исследования активных зон дегазации литосферы в окраинных морях
Дальневосточного региона и их побережье целесообразна интеграция
газогеохимических исследований со спутниковыми наблюдениями (например,
методами SCIAMACHY и GOSAT) (Frankenberg et al., 2011) и комплексирование
с методами сейсмо- и гидроакустики, а также лазерной оптики и спектроскопии
in situ. В последнем направлении с участием автора успешно проведены
предварительные исследования (Дальневосточные моря – Восточная Арктика,
УПС «Профессор Хлюстин», под эгидой РГО, 2013 г.): обнаружены участки
эмиссии метана из воды в атмосферу с максимумами в районах Анадырского
залива и Берингова пролива (66-890 моль/км2×сутки). Привлечение системных
измерений благородных, серо- и азотсодержащих, а также альфа-активных газов
расширит возможности интерпретации газогеохимических полей.
Выявленные закономерности повышают эффективность прогноза и поиска
углеводородных ресурсов в окраинных морях Дальневосточного и других
регионов Восточной Азии, что подтверждает актуальность и практическую
значимость проведенного исследования.
44
ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
Монографии и главы в монографиях
1. Обжиров А.И., Верещагина О.Ф., Зюсс Э., Ламмерс Ш., Винклер Г.,
Бибоу Н., Шакиров Р.Б. и др. Мониторинг метана в Охотском море. –
Владивосток: Дальнаука, 2002. – 232 с.
2. Обжиров А.И., Гресов А.И., Шакиров Р.Б. и др. Метанопроявления и
перспективы нефтегазоносности Приморского края. – Владивосток: Дальнаука,
2007. – 167 с.
3. Обжиров А.И., Гресов А.И., Коровицкая Е.В., Р.Б. Шакиров и др.
Перспективы добычи метана угольных месторождений Приморья. – Владивосток:
ДВГТУ, 2008. – 107 с.
4. Гресов А.И., Обжиров А.И., Шакиров Р.Б. Метаноресурсная база
угольных бассейнов Дальнего Востока и перспективы её промышленного
освоения. Т. I. Углеметановые бассейны Приморья, Сахалина и Хабаровского
края. – Владивосток: Дальнаука. 2009. – 247 с.
5. Обжиров А.И., Шакиров Р.Б. Комплексные геолого-геофизические
исследования газогидратов в Охотском море / Геология и геоэкология
континентальных окраин Евразии. // Геология и полезные ископаемые окраинных
морей Евразии. М.: ГЕОС, 2012. Вып. 4. С. 122–136.
6. Обжиров А.И., Шакиров Р.Б. Источники углеводородных газов, условия
формирования газогидратов и их связь с нефтегазовыми залежами в Охотском
море. Океанологические исследования Дальневосточных морей и северозападной части Тихого океана: в 2 кн. / гл. ред. В.А. Акуличев; ТОИ ДВО РАН.
Владивосток: Дальнаука, 2013. Кн. 1. C. 149–161.
7. Гресов
А.И.,
Обжиров
А.И.,
Шакиров
Р.Б.
Зональность
углегазонефтеобразования в угольных бассейнах Дальневосточного региона //
Дегазация Земли: геодинамика, геофлюиды, нефть, газ и их парагенезисы. М.:
ГЕОС, 2008. С. 125–128.
Статьи в рецензируемых журналах
1. Обжиров А.И., Верещагина О.Ф., Соснин В.А., Шакиров Р.Б., Салюк
А.Н., Дружинин В.В., Ламмерс Ш., Зюсс Э., Бибоу Н., Винклер Г. Мониторинг
метана на восточном шельфе и склоне о-ва Сахалин, Охотское море // Геология и
Геофизика. 2002. Т. 43. С. 605–612.
2. Терехова В.Е., Бузолева Л.С., Айздайчер Н.А., Ярославцева Л.М.,
Сергеева Э.П., Шакиров Р.Б., Зайцева Е.А., Сомов Г.П. Окраинные моря северозападной части Тихого океана как среда обитания Listeria monocytogenes и
эпидемиологическое значение этого явления // Эпидемиология и инфекционная
патология. 2002. № 1. С. 43–46.
3. Астахов А.С., Сергеев К.Ф., Мельников О.А., Присяжнюк А.В., Шакиров
Р.Б., Бровко П.Ф., Кисилев В.И. Динамика процессов дефлюидизации
Центрально-Сахалинского глубинного разлома при сейсмической активизации
45
(по результатам мониторинга Южно-Сахалинского грязевого вулкана в июлеавгусте 2001 г.) // Доклады Академии наук. 2002. Т. 386, № 2. С. 223–228.
4. Обжиров А.И., Шакиров Р.Б., Мишукова Г.И., Дружинин В.В., Лучшева
Л.Н., Агеев А.А., Пестрикова Н.Л., Обжирова Н.П. Изучение газогеохимических
полей в водной среде Охотского моря // Вестник ДВО РАН. 2003. № 3. С. 118–
125.
5. Обжиров А.И., Салюк А.Н., Шакиров Р.Б., Дружинин В.В., Мишукова
Г.И., Агеев А.А., Саломатин А.С., Пестрикова Н.Л., Веселов О.В., Куделькин
В.В. Потоки метана и газовые гидраты Охотского моря // Научно-технический
журнал "Наука и техника в газовой промышленности". 2004. № 1-2. С. 20–25.
6. Shakirov R., Obzhirov A., Suess E., Salyuk A., Biebow N. Mud volcanic and
gas vents in the Okhotsk Sea area // Geo-Marine Letters. 2004. Vol. 24. P. 140–149.
7. Obzhirov A., Shakirov R., Salyuk A., Suess E., Biebow N., Salomatin A.
Relations between methane venting, geological structure and seismo-tectonics in the
Okhotsk Sea // Geo-Marine Letters. 2004. Vol. 24. P. 135–139.
8. Shakirov R.B., Obzhirov A.I., Biebow N., Salyuk A.N., Tsunogai U.,
Terekhova V.E., Shoji H. Classification of anomalous methane fields in the Okhotsk
Sea // Journal of Polar Meteorology and Glaciology. 2005. Vol. 19. P. 50–66.
9. Обжиров А.И., Агеев А.А., Шакиров Р.Б., Пестрикова Н.Л., Веникова
А.Л., Яновская О.С., Коровицкая Е.В., Сорочинская А.В., Веселов О.В. Газовые
гидраты в Охотском море. Их экономическое и экологическое значение //
Подводные технологии и мир океана. 2005. № 1. С. 16–23.
10. Обжиров А.И., Шакиров Р.Б., Агеев А.А., Гресов А.И., Пестрикова Н.Л.,
Веникова А.Л. Сопряженность грязевого вулканизма в восточной прибрежной
полосе Сахалина и потоков метана в Охотском море // Подводные технологии и
мир океана. 2005. № 1. С. 24–34.
11. Terekhova V.E., Buzoleva L.S., Sosnin V.A., Shakirov R.B., Biebow N.,
Obzhirov A.I., Terekhov E.P., Shoji H. and Somov G.P. Okhotsk Sea ice as a reservoir
of Listeria monocytogenes // Polar Bioscience. 2006. Vol. 19. P. 43–50.
12. Обжиров А.И., Пестрикова Н.Л., Шакиров Р.Б., Верещагина О.Ф., Агеев
А.А., Гресов А.И., Веникова А.Л., Яновская О.С., Коровицкая Е.В. Районы
газогидратопроявления в пределах Охотского моря // Вестник ДВО РАН. 2007.
№ 1. С. 42–51.
13. Гресов А.И., Обжиров А.И., Шакиров Р.Б. Ресурсы и перспективы
извлечения метана угольных бассейнов юга Дальнего Востока // Вестник ДВО
РАН. 2008. № 4. С. 24–31.
14. Сорочинская А.В., Шакиров Р.Б., Обжиров А.И., Зарубина Н.В.,
Карабцов А.А. Геохимические и минералогические особенности грязевых
вулканов о-ва Сахалин // Вестник ДВО РАН. 2008. № 4. С. 58–65.
15. Гресов А.И., Обжиров А.И., Коровицкая Е.В., Шакиров Р.Б.
Метаноносность и перспективы освоения ресурсов метана угольных бассейнов и
месторождений юга Дальнего Востока // Тихоокеанская геология. 2009. Т. 28,
№ 2. С. 106–119.
46
16. Шакиров Р.Б., Обжиров А.И. Морфотектонический контроль потоков
метана в Охотском море // Подводные исследования и робототехника. 2009. №
1(7). С. 31–39.
17. 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.
18. Терехова В.Е., Соснин В.А., Бузолёва Л.С., Шакиров Р.Б.
Распространение бактерий Listeria monocytogenes в западной части Охотского
моря // Океанология. 2010. Т. 50, № 2. С. 230–235.
19. Ершов В.В., Шакиров Р.Б., Обжиров А.И. Изотопно-геохимические
характеристики свободных газов Южно-Сахалинского грязевого вулкана и их
связь с региональной сейсмичностью // Доклады Академии наук. 2011. Т. 440,
№ 2. С. 256-261.
20. Шакиров Р.Б., Сырбу Н.С. Природные источники метана и углекислого
газа на о. Сахалин и их вклад в формирование эколого-газогеохимических зон //
Геоэкология. 2012. № 4. С. 344-353.
21. Обжиров А.И., Шакиров Р.Б., Коровицкая Е.В., Верещагина О.Ф., Сырбу
Н.С., Гресов А.И. Газогеохимические аномалии метана в Охотском море и его
шельфе // Вестник ДВО РАН. 2012. № 6. С.32–41.
22. Шакиров Р.Б., Сырбу Н.С., Обжиров А.И. Изотопно-газогеохимические
особенности распределения метана и углекислого газа на о-ве Сахалин и
прилегающем шельфе Охотского моря // Вестник КРАУНЦ. 2012. Т. 2, № 20. C.
100-113.
23. Шакиров Р.Б., Сорочинская А.В., Обжиров А.И. Газогеохимические
аномалии в осадках Восточно-Сибирского моря // Вестник КРАУНЦ. 2013. № 1.
Вып. 21. С. 231–243.
24. Астахов А.С., Гусев Е.A., Колесник А.Н., Шакиров Р.Б. Условия
накопления органического вещества и металлов в донных осадках Чукотского
моря // Геология и геофизика. 2013. Т. 54, № 9. С. 1348-1365.
25. Обжиров А.И., Акуличев В.А., Шакиров Р.Б., Мальцева Е.В., Гресов
А.И., Телегин Ю.А. Условия формирования газогидратов в Охотском море //
Доклады Академии наук. 2014. Т. 454, № 1. С. 94-96.
26. Шакиров Р.Б. Особенности химического и изотопного состава
углеводородных газов вулканов Менделеева и Головнина (о-в Кунашир) //
Геохимия. 2014. № 1. С. 1–14.
27. Полоник Н.С., Шакиров Р.Б., Сорочинская А.В., Обжиров А.И.
Характеристики
углеводородных
компонентов
Южно-Сахалинского
и
Пугачевского грязевых вулканов полученные методом пиролитической газовой
хромато-масс-спектрометрии // Доклады Академии наук. 2015. Т. 462, № 1. С.
1–4.
28. Акуличев В.А., Шакиров Р.Б., Обжиров А.И., Фунг В.Ф., Чунг Н. Н.,
Хын З.К., Мальцева Е.В., Сырбу Н.С., Полоник Н.С., Ань Л.Д. Аномалии
47
природных газов в заливе Тонкин (Южно-Китайское море) // Доклады
Академии Наук. 2015. Т. 461, № 1. С. 1–5.
29. Сорочинская А.В., Шакиров Р.Б., Пестрикова Н.Л., Сырбу Н.С.,
Веникова А.Л. Элементы-примеси в грязевых вулканах о-ва Сахалин // Вестник
КРАУНЦ. 2015. № 1, Вып. 25. С. 231–242.
30. Челноков Г.А., Жарков Р.В., Брагин И.В., Веселов О.В., Харитонова
Н.А., Шакиров Р.Б. Геохимические характеристики подземных флюидов южной
части Центрально-Сахалинского разлома // Тихоокеанская геология. 2015. Т.
34, № 5. С. 81–95.
31. Гресов А.И., Обжиров А.И., Яцук А.В., Шакиров Р.Б. Геотектонические
аспекты формирования углегазоносных бассейнов Северо-Востока России //
Вестник КРАУНЦ. 2015. № 3, Вып. № 27. С. 1–12.
32. Шакиров Р.Б., Обжиров А.И., Чунг Н.Н., Хын З.К., Фун В.Ф., Сырбу
Н.С., Мальцева Е.В., Югай И.Г., Полоник Н.С., Ань Л.Д., Нам В.В., Деп Н.В.
Особенности распределения природных газов в осадках и воде северо-западной
части залива Тонкин (Южно-Китайское море, Вьетнам) // География и
природные ресурсы. 2015. № 4. C. 5–18.
33. Шакиров Р.Б. Газогеохимические поля Охотского и Японского морей //
Подводные исследования и робототехника. 2015. № 4. С. 22–38.
34. Шакиров Р.Б., Сырбу Н.С., Обжиров А.И. Особенности распределения
гелия и водорода на юго-восточном и юго-западном склоне о-ва Сахалин (по
результатам 59 рейса НИС "Академик М.А. Лаврентьев", 2012 г.) // Литология и
полезные ископаемые. 2016. № 1. С. 1–14.
Отчеты по теме исследования с государственной регистрацией
1. Отчет о НИР по теме «Условия формирования и разрушения газогидратов
в Охотском море, их моделирование и технико-экономическое обоснование
извлечения метана из газогидратов» // Обжиров А.И. и др. / ФЦП «Исследования
и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического
комплекса России на 2007-2012 годы». Государственный контракт №
02.515.11.5017. Владивосток. ТОИ ДВО РАН. 2008. № госрегистрации
02515115017. 135 с.
2. Научно-технический отчет по теме «Нетрадиционные ресурсы метана
Дальнего Востока России: распределение, генезис, промышленное значение,
экология» // Шакиров Р.Б. / ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры
инновационной России на 2009-2013 годы». Государственное соглашение № 8319
от 17 августа 2012 г. Владивосток. ТОИ ДВО РАН. 2013. № госрегистрации
01201281458. 226 с.
Патенты
Патент 98478 Российская Федерация, МПК E21F 5/00 (2006.01). Система
дегазации горных пород / Буров Б.А., Гресов А.И., Обжиров А.И., Шакиров Р.Б.;
заявитель и патентообладатель ТОИ ДВО РАН. - 2010128208/03, заявл.
07.07.2010; опубл. 20.10.2010, Бюл. № 29.
48