книги из ГПНТБ / Нефтегазоносность морей и океанов

НЕФТЕГАЗОНОСНОСТЬ МОРЕЙ И ОКЕАНОВ

ИЗДАТЕЛЬСТВО « Н Е Д Р А» М О С К В А , 1973

ВВЕДЕНИЕ

Технические возможности, необходимость дальнейшего развития геологической паукн с целью создания глобальной теории строения зем­

и в первую очередь нефти — все это обусловило заметный прогресс в изу­ чении геологии дна морей и океанов, который наметился в последние 10—15 лет.

Морские региональные и детальные геолого-геофизические исследо­ вания, глубокое морское бурение обеспечили достаточно большое коли­ чество данных, чтобы оценить перспективы нефтегазоносностп различно построенных частей дна мирового океана. Эти же исследования привели к открытию около 500 нефтяных п газовых месторождений в зонах шельфа. Поисково-разведочные работы на нефть и газ проводятся многими госу­ дарствами практически во всех мелководных акваториях, а добыча осу­ ществляется в тридцати морях более чем двадцатью странами. Уже сей­ час эксплуатация морских месторождений обеспечивает около 20 % миро­ вой добычи нефти. Предполагается, что к началу X X I в. мировая добыча увеличится в 3—4 раза главным образом за счет извлечения нефти с мор­ ского дпа. По подсчетам ряда исследователей (М. К. Калинко, Л. Г. У икса н др.) в осадочных бассейнах, запятых морем, прогнозные запасы нефти составляют от 90 до 140 млрд. т, а газа — около 200 трлн. м 3 .

Стало очевпдпым, что месторождения нефти и газа могут быть при­ урочены не только к зонам шельфа, но и к зопам континентального склона, подножия и абиссальных равнин, т. е. к различным геоморфологическим элементам дна Мирового океана. Распространение нефтегазовых место­ рождений под дном морей и океанов определяется теми же закономер­ ностями, которые установлены для континентального сектора земного шара. Не следует забывать, что большинство обнаруяіенньїх на матери­ ках залежей нефти н газа связано с отложениями шельфовых морей.

Нефтегазовая геология за более чем вековую псторшо существова­ ния разработала основные критерии (условия происхождения нефти и газа и формирования и сохранения их залежей), определяющие нефте­ газоносные регионы. Эти критерии должны учитываться и при поисковоразведочных работах на море. Вместе с тем, вовлечение в орбиту нефтегеологнческого изучения дна мирового океана, площадь которого соста­ вляет 360 млн. км3 , пли 7 1 % поверхности земли, не может не оказать влияішя на дальнейшее развитие и совершенствование теории и прак­ тики нефтегазовой геологии. Это касается как вопросов генезиса нефти п газа, формирования их месторождений, так и нефтегеологического районирования и классификации нефтегазоносных бассейнов.

Поиски нефти и газа на дне морей имеют большое значение и для пашей страны. Советские морские месторождения в Каспийском море

ежегодно дают более 13 млн. т нефти. Нефтяные месторождения открыты на шельфе у о. Сахалин, а признаки газа получены на северо-западе Черного моря на Голнцынской площади (Игревскпй и др., 1972).

И хотя потенциальные запасы нефти и газа в континентальной части СССР зна­ чительны н не все еще крупные перспективные территории охвачены понсково-разведоч- ньшн работами, тем не менее моря, омывающие Советский Союз, также являются важнейшим объектом нефтегеологипеского изучения. Площадь шельфов и континен­ тальных склонов окраинных п внутренних морей СССР составляет 6—7 млн. км2 , что приблизительно равняется 2 / 3 перспективной на нефть и газ территории страны. Нет сомнения, что в их пределах также заключены большие запасы нефти и газа, освое­ ние которых является важнейшей задачей советских геологов. Эта задача была четко сформулирована Директивами X X I V съезда КПСС в 1971 г.

К настоящему времени уже накоплеп обширный, хотя и далеко не однозначный фактический материал по геологии и нефтегазоносиости дна Мирового океана. В этом большая заслуга как советских, так и зарубежных морских экспедиций.

Обобщение геолого-геофпзических данных проводилось многими исследователями,

П. Н. Кропоткина и К. А. Шахварстову (1965 г.), М. В. Кленову (1948 г.), О. К. Леон­ тьева (1968 г.), А . П. Лисицына (1969 г.), М. В. Муратова (1971 г.), 10. М. Пущаровского (1972 г) . А . В. Пейве (1969 г.), Г. Б. Удпнцева (1972 г.), В. Е. Хаина (1970 г.),

А. Л . Яншина и др. (1966 г.), а также Г. У. Менарда (1966 г.), Б. К. Хизена (1966 г.),

Ф. Шепарда (1969 г.), К. Эмери (1969 г.) и многих других.

Нефтегеологнческое обоснование нефтегазоносиости дна Мирового океана по су­ ществу начато совсем недавно и тесно связано как с успехами поисков нефти и газа на континентах, так и с прогрессом наших знаний о строении земной коры под водами морей и океанов. Сводки по нефтегазоносиости дна морей и океанов принадлежат И. О. Броду с соавторами (1965 г.), М. К. Калинко (1969 г.), Ю. Я. Кузнецову с соав­ торами (1970 г.), А . А . Бакнрову и другим (1971 г.), X . Хедбергу (1969 г.) и др. Основ­ ной упор в этих работах делается главным образом на шельфовые части морей.

В настоящей работе, написанной на основании новых опубликованных материа­ лов по геологии и нефтегазоносное™ дна морен и океанов, а также личных наблюде­ ний, предпринята попытка оценить нефтегазопосность дна Мирового океана путем анализа данных его геологического строения с единых теоретических позиции учения о нефтегазоносных бассейнах? основы которого заложены И. О. Бродом (1964 г.),

иоб органическом происхождении нефти (Вассоевич, 1967).

Впроцессе работы над книгой авторы пользовались советами и консультацией членов-корреспондентов А Н СССР Н. Б. Вассоевича, В. В. Федынского, В. Е. Ханна, профессоров А . А . Геодекяна, И. В. Высоцкого и научных сотрудников 10. К. Бурлнна,

Ю. И. Корчагиной, П. Н. Куприна, В. Б. Оленина, которым выражают глубокую приз­

нательность. Авторы благодарны Т. А . Гладышевой и Н. С. Сорокиной за помощь в оформлении настоящей работы.

Г л а в а I

МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ ГЕОЛОГИИ ДНА АКВАТОРИЙ

Получение геологической информации со дна морей и оке­ анов из-за экранирующего действия толщи воды представляется делом достаточно сложным, требующим больших и разнообраз­ ных технических средств и специально оборудованных научноисследовательских и поисково-разведочных судов. По харак­ теру информации современные методы изучения геологического строения дна акваторий могут быть подразделены на четыре группы: геоморфологические, геологические, геофизические и буровые.

Геоморфологические методы основываются на изучении рельефа дна морей и океанов. В настоящее время определение глубин водоемов осуществляется с кораблей с помощью вы­ сокоточных ультразвуковых эхолотов с автоматической не­ прерывной записью. Съемки с автоматическими эхолотами по профильной сетке позволяют строить батиметрические карты, которые наиболее точно передают рельеф дна океана. Эти карты являются основой для выделения различных форм рельефа океанического дна и для проведения геоморфологи­ ческого районирования.

Батиметрические и построенные на их базе геоморфологи­ ческие карты являются наиболее распространенными графи­ ческими документами морей и океанов и служат первым исход­

как правило, отражает геологические структуры дна: положи­ тельные формы рельефа отвечают поднятиям, а отрицатель­ ные — впадинам и прогибам. Батиметрические карты — доста­ точно надежный региональный материал, дающий общее пред­ ставление о главных чертах строения дна изучаемых акваторий.

Геологические методы включают подводное картирование, различные виды аэрофотосъемки, фотографирование дна, из­ учение верхнего слоя донных отложений при помощи трубок, драгирование и ряд других приемов.

Проведение геологического картирования возможно при небольших глубинах, порядка самых первых десятков метров, достижимых с помощью аквалангов и водолазных костюмов.

Наиболее успешно подводная съемка проводится в районах с расчленен­ ным рельефом и большим количеством обнажений коренных пород. Под­ водные обнажения, кроме непосредственного осмотра, изучаются с при­ менением фотографирования и телевидения, а также аэрофотосъемки (черно-белой, цветной, в инфракрасных лучах и др.)- Подводное геокартированне обычно тесно увязывается с геологической съемкой при­ брежных частей суши. Большое значение имеет картирование отдельных островов, представляющих приподнятые элементы отдельных океаниче­ ских структур. Так, например, Исландию можно рассматривать как фрагмент Срединноатлантического хребта, а данные по геологическому строению острова использовать для понимания строения подводных хребтов.

Для изучения верхних рыхлых, главным образом неоген-четвертич­ ных частей осадочного слоя, применяются различного типа трубки, пробо­ отборники свободного падения, поршневые трубки, опускаемые с корабля через определенные интервалы. С их помощью анализируются разрезы донных отложений от поверхности дна до глубины 5—30 м. Исследования донных осадков трубками проводятся во многих акваториях мира. Анализ и систематизация полученных результатов помогли выяснить условия осадконакопления в различных частях морей и океанов, закономерности распространения литологпческих типов отложений, характер рассеянного органического вещества и пр. Обобщающие сводки по этим исследованиям приведены в работах П. Л. Безрукова, А. П. Лисицына, О. К. Бордовского и др.

Интересные результаты по геологии акваторий дает глубоководное драгирование. Этим способом извлекаются не только рыхлые отложения, но и коренные породы, обнажающиеся на склонах подводных возвышен­ ностей и бортах глубоководных желобов и рифтовых долин, а также анализировать состав обломков, располагающихся на поверхности абис­ сальных равнин. Драгирование позволило получить очень ценные данные о геологии срединноокеанических хребтов. Так, советскими экспедициями из рифтовых частей хребтов были подняты образцы перидотитов, базаль­ тов, габбро, что подтвердило основной и ультраосновной состав пород, слагающих базальтовый слой океанической коры. Драгированием уста­ новлено, что некоторые океанические возвышенности сложены известня­ ками преимущественно мелового или юрского возраста.

В последние годы для подводных геологических наблюдений применя­ ются различные подводные аппараты типа батискафов и подводных лодок. Для геологических целей используются искусственные спутники Земли.

Геофизические методы, включающие гравиметрию, магнитометрию, сейсморазведку, электроразведку, сейсмологию, геотермию, имеют важ­ нейшее значение при изучении дна океанов и морей. Эти методы являются основным источником информации по геологии Мирового океана. Получа­ емые данные положены в основу современных теорий строения земной коры и служат определяющими при проведении поисково-разведочных работ на нефть и газ.

Геофизические методы позволяют выявлять и картировать геологи­ ческие структуры, изучать глубинное строение земной коры под дном

океанов и строение осадочного чехла, выявлять разломы различной интен­ сивности проявления и т. д. Большинство научно-исследовательских судов при геологических исследованиях применяют комплекс автомати­ зированной геофизической аппаратуры (набортные гравиметры, протонные буксируемые магнитометры, сейсмопрофплографы), позволяющий одно­ временно с непрерывным промером дна, а также мощности рыхлых и полу­ уплотненных осадков, изучать гравитационное и магнитное поле.

В настоящее время измерения силы тяжести на морях и океанах проводятся набортными морскими гравиметрами. Для детальных съемок в шельфовой зоне до глубин 200 м применяют донные гравиметры с теле­ управлением. Методика съемки сходна с методикой, применяемой при наземной гравиметрической съемке. Гравиметрические измерения на поверхности моря (на судне) выполняются гравиметрами с сильно демп­ фированными чувствительными системами и струнными гравиметрами, установленными на гидростабилизированных платформах или карданових подвесах. Основными причинами погрешностей при измерениях силы тяжести на поверхности моря являются возмущающие вертикальные и горизонтальные ускорения качки корабля. В настоящее время погреш­ ность при гравиметрических измерениях на судах составляет 2—3 миллигала.

Для повышения точности получаемых на море аномалий силы тяжести очень важно правильное определение координат судна и глубины морского дна в момент измерения. При морских гравиметрических съемках при­ меняются радиогеодезичесние и наиболее точные спутниковые методы определения координат судна. Определение глубин дна производится уже упоминавшимися высокоточными эхолотами с непрерывной записью профиля дна.

Получаемые карты аномалий силы тяжести в редукциях Фая и Буге дают возможность проводить общее районирование акватории, устанавли­ вать простирание основных структурных элементов. Однако в связи с неоднозначностью интерпретации гравитационных данных наиболее достоверные геологические результаты дает комплексная интерпретация гравитационных аномалий с другими геолого-геофизическимн данными.

Магнитные измерения с целью изучения геологического строения дна акваторий производятся преимущественно буксируемыми на специ­ альной гондоле за судном ядерно-резонансными магнитометрами. Точность измерения абсолютного значения полного вектора Т ядерными магнито­ метрами 1—2 гаммы. Практически, на показания магнитометров изменения температуры не влияют, сползание нуля отсутствует. Кроме буксируемых морских магнитометров для ускорения съемки преимущественно в шель­ фових зонах применяют аэромагнитометры. В настоящее время благодаря новым достижениям в области аэромагнитной аппаратуры, изобретения квантовых магнитометров с оптической накачкой возможно непосред­ ственное измерение вертикального градиента. При этом полностью исклю­ чается влияние суточных вариаций геомагнитного поля, повышается точность аэромагнитных карт и появляется возможность выделения геологических структур на дне моря, благоприятных в нефтегазоносном отношении.

Результаты магнитных исследований суммируются на картах магнит­ ных аномалий, позволяющих проводить структурное районирование, выделять зоны разрывных нарушений и участки, образование которых можно трактовать с позиций расширения дна океана. Стратиграфическое расчленение и корреляцию слоев можно провести, используя палеомаглнтную геохронологическую шкалу.

Наиболее полную информацию о геологических структурах под дном морей и океанов дают сейсмические методы. Специфические особенности морской сейсморазведки касаются в первую очередь систем генерирования сейсмических волн, которые должны обеспечить необходимую глубину разведки и наименьший ущерб для морской фауны.

В настоящее время существует большое разнообразие систем генери­ рования упругих волн в морской сейсморазведке. Наиболее распростра­ нены системы с устройствами «флексотир» и «аквасейс», в которых при­ меняются малые количества взрывчатых веществ. Эти системы обеспечи­ вают большую частоту взрывов и могут поставлять информацию о геологических структурах до глубины 5—6 км под дном моря. Из неди­ намитных источников в настоящее время используются системы со сжатым воздухом или смесью газов, вибрирующие системы, применяющие энергию электрических разрядов. Системы с электрическими разрядами (Спаркер) в зависимости от развиваемой мощности и геологических условий в иссле­

дна морей и океанов служат следующие модификации сейсморазведки: методы отраженных и преломленных волн, глубинное сейсмическое зон­ дирование. Первый является наиболее распространенным при поисках ж разведке нефтегазоносных структур в акваториях. Сейсмические иссле­ дования являются обязательным этапом, предшествующим морскому бурению.

Методы электроразведки применяются ограниченно и в основном при картировании мелководных прибрежных морских площадей. Исполь­ зование электропрофилирования позволяет прослеживать выходы пластов на дне моря, оконтуривать распространение различных типов пород. Для целей геокартирования проводится также радиометрическая съемка в комплексе с другими геолого-геофизическими работами.

Большое значение имеет изучение сейсмичности дна Мирового океана. Определение эпицентров землетрясений, их частоты, глубины и силы позволяет проводить сейсморайонирование и типизацию структурных элементов по этому признаку. Наиболее активные в сейсмическом отно­ шении зоны выделяются в качестве современных геосинклиналей, рифтовых систем и региональных различного типа систем разломов. К этим зонам обычно приурочена максимальная вулканическая деятельность. Сейсмоактивные рифтовые области океанов рассматриваются как зоны формирования новой океанического типа земной коры или как зоны, где происходят процессы конфронтации коры океанического и континенталь­ ного типов. Анализ сейсмичности, а также результаты изучения бати­ метрии и геоло го-гео физических наблюдений, позволяют более объективно

проводить тектоническое районирование и прогнозировать поиски полез­ ных ископаемых.

Ценную информацию дает изучение тепловых потоков морских пло­ щадей, так как существует определенная зависимость менаду величиной теплового потока и тектонической природой конкретного участка мор­ ского дна. Максимальные значения теплового потока приурочены к по­ движным зонам, рифтовым областям, системам глубинных разломов.

Интерпретация геофизических данных и в первую очередь данных гравиметрии и сейсморазведки сопряжена с рядом трудностей. Плотностные и скоростные характеристики различных слоев, а также их намагни­ ченность не всегда имеют однозначное геологическое толкование. Поэтому природа этих данных должна быть проверена морским бурением.

Морское бурение — важнейший способ познания геологии дна морей

и океанов. В настоящее время морское поисково-разведочное на нефть и газ бурение производится с подвижных и неподвижных платформ. При. выборе типа платформ для морского бурения необходимо принимать во внимание глубину воды, характеристики морского дна, морских течений,, приливов и отливов, высоту волны, метеорологические условия и т. д . Неподвижные автономные платформы применяются в шельфовых зонах с глубинами 15—50 м, они соединяются с берегом эстакадами или обслу­

к месту бурения, но при бурении опирающиеся на морское дно. Такие платформы применяются при бурении дна на глубинах до 150 м. Второй тип — плавучие платформы, представляющие собой или отдельные буро­ вые суда, или полупогружаемые платформы, могут быть использованы при глубинах 180—450 м.

Буровые суда — это самоходные корабли, на которых установлено полное оборудование для бурения скважин. Во время бзфения они закре­ пляются в неподвижном положении постановкой на якорь или при помощи боковых винтов и специальной установки, автоматически удерживающей корабль над устьем скважины. Полупогружаемые платформы, не имея собственной движущей установки, буксируются до места бурения и погру­ жаются на определенную глубину в воду для приобретения большей устойчивости при бурении скважин. Глубина проходки морских скважнн

скольких сот метров с плавающих устройств. Для изучения бурением глубоких частей океанов фирма «Глобал Марин» (США) приспособила корабль «Гломар Челленджер», оборудовав его дополнительными науч­ ными установками. Корабль снабжен четырьмя боковыми винтами-толка­ телями. Над избранной точкой бурения опускается на дно акустический буй, сигналы которого принимаются тремя гидрофонами, установлен­ ными в днище судна. Эти сигналы преобразуются в электронно-вычисли­ тельных машинах в соответствующие команды для боковых винтов-толка­ телей или двух ходовых винтов, которые удерживают судно без якорей