Геология / 1 курс / Общая геология / Общая геология методичка Парначев

указанных глубин превышает 70% площади Мирового океана. Считается, что 98% всех природных залежей газовых гидратов располагается в глубоководном шельфе и на океаническом склоне в прибрежных районах Мирового океана и только 2% в приполярных частях материков.

Терморежим арктических морей соответствует условиям возникновения гидратов газов в придонных осадках практически на всей территории. Положение нижней границы ЗГО в придонной части понижается

суглублением океана.

Взоне сочленения арктических морей с материком в прибрежных районах суши мощность криолитозоны сокращается, уменьшается и глубина залегания ЗГО, т.е. непроницаемая гидратная покрышка с определённой широты в северном направлении поднимается. В прибрежной полосе на материке и в придонной части океана ЗГО смыкаются, образуя мощный куполообразный экран, простирающийся вдоль берега и являющийся надёжной покрышкой для свободных углеводородов. Генерируемые и мигрирующие газы скапливаются под этой покрышкой независимо от наличия литологических ловушек, образуя мощные скопления УВ.

Вакватории морей и океанов минерализация пластовых вод в разрезе ЗГО остаётся практически величиной постоянной и сдвигает равновесную кривую не более чем на1–2°С. На материке минерализация пластовых вод может оказывать весьма значительное влияние на мощность ЗГО.

Накопление отдельных компонентов природного газа в твёрдой фазе может начаться уже на первых стадиях превращения органического вещества при биохимических преобразованиях, если они происходят в ЗГО или под нею. При этом в гидраты переходят также и свободные газы, поступающие из земных глубин.

ВЗГО газы, генерируемые в зоне диагенеза в придонных осадках морей и океанов, не рассеиваются в придонных водах и практически полностью сохраняются без литологических покрышек. Газы, генерируемые ниже ЗГО и достигающие при вертикальной миграции ,ЗГО также не рассеиваются, а накапливаются в гидратном или свободном состоянии под непроницаемой газогидратной покрышкой.

Косвенными признаками существования газогидратных режимов в истории развития нефтегазоносных бассейнов могут служить наличие (в том числе и на значительных глубинах до2.0–2.5 км) дегазированных вязких нефтей высокой плотности, низкие уровни подземных вод и дефицит пластового давления флюидов.

Газогидратная залежь (gas-hydrate deposit) – единичное скопление в осадочном чехле земной коры гидратов углеводородных газов. В газо-

201

гидратных залежах газ содержится частично или полностью в гидратном состоянии. Снизу залежь может контактировать с пластовой и подошвенной водой, со свободной газовой, газоконденсатной или нефтяной залежью. Сверху – со свободной газовой залежью, с газонепроницаемыми пластами, а в акваториях морей и океанов– со свободной водой.

Механизм формирования газогидратной залежи отличается от механизма формирования залежей свободного газа в результате низкой диффузионной проницаемости гидрата, низкого газосодержания пластовых вод, контактирующих с залежью, низкой упругости пара в гидратном состоянии.

В акватории Мирового океана и крупных глубоководных озёр ГГЗ формируются в придонной части осадочного чехла из газов, генерируемых непосредственно в ЗГО, а также из газов, мигрирующих в ЗГО из нижележащих пластов и пластовых вод. Залежи характеризуются небольшой толщиной (до 100–400 м) и большой площадной распространённостью.

Рис. 22.3. Положение газогидратной залежи в придонной части оз. Байкала в районе Бугульдейско-Селенгинеской перемычки (по В.П. Исаеву, 2001):

1 – магматические и метаморфические породы; 2 – осадочная толща; 3 – водная толща; 4 – газовые грифоны; 5 – газогидратная залежь; 6 – грязевый (газовый)

вулкан; 7 – разломы; 8 – направление газовых потоков; 9 – скопления горючих газов; 10 – тепловые потоки

Подобная газогидратная залежь известна на глубине свыше 350 м в придонной части оз. Байкал, которая является региональной покрышкой

202

для вертикально мигрирующих газов(рис. 22.3). На больших глубинах мощность слоя увеличивается, на малых – уменьшается, выклиниваясь к берегам. В местах повышенного теплового потока газогидратная залежь имеет минимальную толщину, и её подошва приподнята, образуя «антиклинальные» структуры, в которых могут формироваться газовые скопления. При сильных землетрясениях сплошность газогидратной залежи может нарушаться и по образовавшемуся разрыву метановые газы могут устремляться вверх, образуя на дне озера грязевые вулканические постройки.

Газогидраты отмечены в верхней части осадочной толщи Каспийского моря, где предполагается наличие двух зон гидратообразования: в котловинах Среднего и Южного Каспия. В Среднем Каспии зона распространения газогидратов ограничена изобатой390 м при толщине 134 м. В Южном Каспии ЗГО оконтуривается изобатой 152 м при толщине 480 м. Чистый массивный газогидрат описан в керне скважины 570 DSDP на континентальном склоне Центрально-Американского желоба среди палеоценовых алевритовых глин. По данным каротажа, мощность слоя газогидрата составляет 3–4 м при плотности 1.1 г/см3.

Газогидратные залежи, существующие в осадочном чехле земной коры, могут быть первичными и вторичными. Первичные залежи после своего образования не претерпевали фазовых переходов. Они обычно приурочены к акватории Мирового океана и залегают без литологических покрышек. Вторичные газогидратные залежи сформировались за счёт свободного газа при изменении термодинамических условий их залегания. Обычно они находятся под непроницаемой покрышкой, возраст их определяется продолжительностью последнего периода стабильного существования равновесных термодинамических условий гидратообразования в разрезе. Переходы природных газов в клатратную, свободную или водорастворимую формы залегания отражают цикличный характер многократных изменений термодинамической обстановки.

Газогидратное месторождение (gas-hydrate field) представляет со-

бой совокупность залежей углеводородных газов, находящихся частично или полностью в гидратном состоянии. Последние характеризуются крайне низкой подвижностью даже при активной миграции пластовых вод.

Общая площадь суши, перспективная для формирования ГГЗ составляет около 40 млн. км2. Запасы газа в газогидратных залежах, сосредоточенных на материке оцениваются величиной31.1–57×1012 м3, из которых 5.4×1012 м3, как считает известный исследователь проблемы Р. Мак-Увер (1979), находятся в Канаде. А. Джордж (1981) оценивает запасы газогидратов в акватории Канады величиной60×10в 12 м3.

203

А.А. Трофимук и др. (1981) считают, что запасы газа в акватории Мирового океана достигают(5–25)×1015 м3. В целом, запасы газогидратов большинством исследователей оцениваются величиной 1.5×1016 м3, в то

время как разведанные запасы природного газа на 01.01.2005 г. состави-

ли 1.8×1014 м3.

Для обнаружения газогидратных залежей(ГГЗ) в условиях пористой среды используются такие их свойства, как низкая электропроводность и проницаемость, повышенная скорость прохождения акустических волн, наличие аномально низких диффузионных газовых потоков над ГГЗ. В процессе геологоразведочных работ и разработки месторождений УВ ГГЗ диагностируются по пониженным температурам залежи, изменению состава газа, опреснению пластовой воды и др.

Поиски и обнаружение ГГЗ на суше и в акваториях морей и океанов осуществляются средствами сейсмоакустического зондирования на частотах 0.1–10 кГц в комплексе с газо- и термометрией, что позволяет установить площадь, мощность и глубину залегания кровли и подошвы ГГЗ, определить гидрато- и газонасыщенность продуктивных пластов. Этими методами выявлены крупные гидратные поля на северо-западном побережье США, в море Бофорта и в районе арктических островов Канады, восточном побережье Африки, в Мексиканском заливе, Карибском море и др. На сегодня выявлено более 220 газогидратных залежей.

Воснове разработки ГГЗ лежит принцип перевода газа из гидратного в свободное состояние с последующим отбором газа традиционными методами. Такой перевод может быть осуществлён за счёт снижения пластового давления до уровня, достаточного для разложения гидратов путём термохимического или электроакустического воздействия на ГГЗ. При этом происходит резкое увеличение объёма газа при его переходе из гидратного в свободное состояние, значительное увеличение давления при термическом разложении гидрата, фиксируется постоянное пластовое давление, соответствующее определённой изотерме разработки ГГЗ, высвобождение больших объёмов свободной воды при разложении гидрата.

Вакваториях морей и океанов освоение ГГЗ имеет свои особенности, включающие отсутствие плотных непроницаемых литологических покрышек, наличие мощной водной оболочки над поверхностью ГГЗ, малые глубины залегания продуктивных пластов от поверхности дна (от долей метра до нескольких сот метров) и их широкое площадное распространение, относительную низкую механическую прочность перекрывающих и вмещающих гидраты отложений.

Разработка ГГЗ производится в течение всего периода отбора газа при постоянном гидростатическом давлении независимо от способа

204

разложения гидрата. Степень переохлаждения по мощности ГГЗ является величиной переменной и определяется глубиной верхней границы ЗГО в океане, мощность ГГЗ и геотермическим градиентом в интервале разреза ГГЗ.

ГГЗ является непроницаемой покрышкой для нижележащих залежей свободного газа или нефти, и последствия её разрушения необходимо учитывать во всех проектах разработки ГГЗ. При наличии свободной газовой или нефтяной залежи под ГГЗ нужно в первую очередь отобрать нефть и свободный газ, после чего можно приступить к разработке ГГЗ.

Для диагностики и разработки ГГЗ можно использовать ряд эффектов, возникающих в горных породах при распространении в них волновых знакопеременных полей. К ним относится термоакустический эффект, заключающийся в многократном(до 18 раз) возрастании температуропроводности горных пород при воздействии на них сильными звуковыми колебаниями; эффект многократного (до 20 раз) увеличения проницаемости горных пород в звуковых и ультразвуковых полях; эффект изменения давления и насыщения углеводородных систем пористой среды, приводящий к интенсивной их дегазации в период воздействия знакопеременных напряжений.

В1967 г. газогидраты были найдены в Заполярье, а в 1969 г. началась разработка первого газогидратного Мессояхского месторождения.

Вразработке газогидратных залежей на дне моря значительно продвинулись японские геологи. В декабре 1999 г. в Японском море они пробурили 5 разведочных скважин при глубине воды 945 м и залежи га-

зогидратов на глубине200 м ниже дна океана(Благутина, 2006). В 2004 г. там же пробурено ещё18 разведочных скважин, на которых в настоящее время продолжаются активные исследования. Промышленная разработка залежи газогидратов намечена на 2016 г.

В целом, проблема газогидратов и их промышленного использования далека от полного разрешения. Задачей ближайших лет является установление масштабности проявления газогидратов и разработка методов эксплуатации нетрадиционных промышленных источников газового сырья. Подсчитано, что энергия, которую можно получить из газа разложившихся гидратов более чем в 15 раз превышает энергетические затраты, необходимые для их разложения. Считается, что при современном уровне потребления, даже если будет использоваться только10% природных ресурсов газогидратов, мир будет обеспечен сырьём на 200 лет.

Вопросы для самоконтроля

1.Что такое газогидраты, строение и состав.

2.Охарактеризовать возможные места находок газогидратов.

3.Возможные методы разработки газогидратных залежей.

205

ГЛАВА 23. ПРОБЛЕМЫ ПРОГНОЗА И ПОИСКОВ УВ

ВНЕАНТИКЛИНАЛЬНЫХ

ИСЛОЖНОДИСЛОЦИРОВАННЫХ ТОЛЩАХ

23.1.Месторождения УВ в клиноформных структурах

Кодному из типов неантиклинальных ловушек принадлежат клиноформы. Первоначально термин «клиноформа» был применён Дж. Ричем (1951) для обозначения фациальных условий осадконакопления в пределах континентального склона. При изучении морских осадков он выделил три обстановки осадконакопления и критерии распознавания пород, отложенных в каждой из них: ундо (undo –лат. вздымать волны, волноваться) – обстановка воздействия волн; клино (clino – греч., наклонять) – обстанов-

ки склона между базисом действия волн и более или менее постоянным уровнем глубокой части бассейна; фондо (fondo – исп., дно) – обстановки более глубоких частей бассейна. Этим обстановкам по Дж. Ричу соответствуют определённые типы осадков (рис. 23.1): ундатема (undothem), клинотема (clinothem) и фондотема (fondothem), а также формы поверхности

залегания и эрозии осадков: ундаформа (undaform), клиноформа (clinoform) и фондоформа (fondoform). Иными словами, каждой обстановке осадконакопления присущ свой комплекс отложений, имеющий характерную поверхность напластования на морском дне. Следовательно, первоначально термин «клиноформа» применялся для обозначения формы поверхности напластования (залегания).

Рис. 23.1. Положение клиноформы, ундаформы, фондоформы, ундатемы, клинотемы, фондотемы, зоны действия волн и взмучивания после штормов (по Дж. Ричу, 1951). Зоны взмучивания показаны точками, плотностные течения – стрелками (по К.М. Седаевой, 2001)

206

Вдальнейшем многие исследователи стали использовать термин «клиноформа» для обозначения частных особенностей(свойств) самих пород или осадков, что обусловило существование множества оттенков

иподходов в его понимании(Sangree, Widmier, 1974; Сейсмическая стратиграфия, 1982; Кунин и др., 1983, 1987; Гладенков и др., 1984, 1985; Гогоненков и др., 1988 и др.). Иногда даже в одной работе можно встретить непоследовательность в толковании этого термина(Мкртчан

идр., 1987). К.М. Седаева (1989) считает, что излишнее расширение понимания лишает научный термин«клиноформа» определённости и рекомендует использовать его в соответствии с трактовкой основоположника: это форма подводной поверхности определённой обстановки осадконакопления. Образующиеся в данной обстановке тела рекомендует называть, как это и предлагал Дж. Рич (1951), клинотемами.

Внастоящее время ряд отечественных исследователей(Жарков, 2001 и др.) под клиноформными отложениями понимают циклически построенные толщи заполнения глубоководного бассейна путём бокового наращивания континентального склона. Отдельные клиноформы представляют собой результат единичного цикла осадконакопления. Фациальное разнообразие накопления клиноформовых отложений обуславливает многообразие типов неантиклинальных ловушек УВ, объединяемых А.М. Жарковым (2001) в шельфовую, склоновую и глубоководную группы (рис. 23.2).

Группа шельфовых включает ловушки фациальных замещений, седиментационных несогласий, опущенных и поднятых тектонических блоков, депрессионных зон, барового типа.

Ловушки фациальных замещений приурочены к зонам региональ-

ной глинизации песчаных пластов. При наложении такой зоны на структурные осложнения выклинивающийся пласт приобретает -при поднятое положение, создавая ловушку для УВ.

Ловушки седиментационных несогласий образуются в случае высо-

кой гидродинамической активности, при которой во время формирования основания клиноформы поступающий псаммитовый материал проносится транзитом через шельфовую террасу, накапливаясь лишь в депрессионных участках и краевой части шельфа. В другом случае, при недостатке песчаного материала, поступающего с берега, наиболее грубые осадки будут накапливаться на пониженных участках поверхности шельфа.

Ловушки, ограниченные несогласием, образуются на внешней крае-

вой части шельфа в случае волнового размыва слабо консолидированного осадка до песчаного слоя основания клиноформы, находящегося ниже базиса волновой эрозии. Подобная ловушка формируется при по-

207

следующем наращивании шельфа. Между песчаным пластом основания клиноформы и оставшейся от ранних этапов частью песчаного пласта возникает глинистая перемычка.

Ловушки опущенных тектонических блоков образуются в результа-

те перемещений по тектоническим сколам в краевых частях шельфа и формировании грабенообразных структур, заполняющихся осадочным материалом.

Ловушки поднятых тектонических блоковформируются в зонах конседиментационных сбросов, ведущих к образованию клавишных сбросо-взбросовых структур.

Рис. 23.2. Комплекс неантиклинальных ловушек УВ в клиноформных отложениях неокома Западной Сибири (по А.М. Жаркову, 2001):

1 – песчаники; 2 – аргиллиты; 3 – баженовская свита; 4 – континентальные отложения вартовской свиты; 5 – морские отложения мегионской свиты; 6 – неструктурные ловушки; 7 – границы стратиграфических несогласий; 8 – граница подстилающей клиноформы; 9 – тектонические нарушения; 10 – ловушки УВ

208

Ловушки депрессионных зон образуются в депрессионных участках краевой части шельфа. Депрессии могут возникать вследствие неравномерного уплотнения подстилающих пород, проявлении локальных тектонических процессов, унаследованного влияния морфологии подстилающих отложений и т.д. В депрессионных участках помимо основного песчаного пласта могут формироваться отдельные песчаные линзы, которые и будут создавать означенный тип ловушек.

Ловушки баровые представлены всеми аккумулятивными формами песчаных пластов (косы, отмели, устьевые и барьерные бары и т.д.).

Группа склоновых ловушек представлена ловушками уступов склона. Формирование последних обусловлено, во-первых, сбрасыванием штормовыми волнами или сейсмическими явлениями (оползни и мутьевые потоки) псаммитового материала с кромки шельфа. При этом на уступах склона могут преобладать то эрозионные, то аккумулятивные

процессы и возможно накопление линз песчаного материала.

Группа глубоководных ловушек формируется у подножия шельфового склона и включает турбидитно-седиментационные, турбидитноденудационные ловушки и ловушки донных и гравитационных течений.

Ловушки турбидитно-седиментационные могут образовываться мутьевыми потоками перед упорами(конседиментационными или тектоническими локальными и региональными) или в понижениях и впадинах.

Ловушки турбидитно-денудационые формируются при цикличе-

ском поступлении осадочного материала, сопровождаемого размывом предыдущих отложений. В случае, если нижележащие, сохранившиеся от размыва отложения имеют хорошие коллекторские свойства, а перекрывающие таковыми не являются, может образовываться вышеуказанный тип ловушек.

Ловушки донных и гравитационных теченийформируются направ-

ленными течениями и представлены песчаными отложениями с улучшенными коллекторскими свойствами.

Выделенный комплекс неантиклинальных ловушек в клиноформных отложениях является высокоперспективным объектом для поисков залежей УВ.

23.2.Месторождения УВ в карстовых структурах

Впределах Юрубчено-Тахомской зоны(ЮТЗ) основные промышленные скопления нефти и газа связаны с рифейским карбонатным комплексом, приурочиваясь к его верхней части мощностью200–300 м, залегающей под поверхностью крупного стратиграфического несогласия (Постникова и др., 2001). Весь объём рифейского природного резервуа-

209

ра является эффективным в связи с интенсивным развитием в нём трещинных и трещинно-каверновых типов коллекторов, а также крупных карстовых полостей, возникших во время перерыва в осадконакоплении между рифеем и вендом (рис. 23.3).

Рис. 23.3. Палеогеоморфологические профили Юрубченской площади (по И.Е. Плотниковой и др., 2001):

1 – кристаллический фундамент; 2 – доломиты рифея; 3, 4- песчано-алевролито- аргиллитовые красноцветные отложения ванаварской свиты венда: 3 – элювиально-делювиальные,4 – пролювиальные; 5–6 – оскобинская свита венда: 5 – терригенно-сульфатно-карбонатные прибрежно-морские отложения, 6 – карбонатно-глинистые морские отложения (маркирующий горизонт); 7 – песчаноаргиллитовые красноцветные и обломочные карбонатные породы карстового заполнения

Для рифейских отложений характерны интенсивные катагенетические преобразования, усложняющие вещественный состав пород и структуру порового пространства. Широкое и разностороннее проявление вторичных процессов привело к утере породой своей первичной и развитию вторичной пористости, представленной трещинами и кавернами. Породы состоят из доломита (до 70%), кальцита (до 7%), зёрен и обломков кварца, полевых шпатов, кремней (до 23%). Трещины отличаются различной направленностью и раскрытостью. Открытые трещины имеют преимущественно вертикальное направление, горизонтальные чаще полностью или частично выполнены доломитом и кальцитом, кремнезёмом или глинистым веществом. Каверны, как правило, приурочены к трещинам и связаны с выщелачиванием, встречаются микротрещины перекристаллизации. Стенки каверн часто инкрустированы

210