Проявление газов в донных отложениях Чёрного моря

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ОДЕСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМ. І. І. МЕЧНІКОВА

КАФЕДРА ЗАГАЛЬНОЇ ТА МОРСЬКОЇ ГЕОЛОГІІ

КУРСОВАЯ РАБОТА

ПРОЯВЛЕНИЕ ГАЗОВ В ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ ЧЁРНОГО МОРЯ

Студента 3го курсу

Бондара Олександра

Напряму підготовки: 6.040103 - геологія

спеціальності: 070701 - геологія

Керівник:

Федорончук Н.О.

Одеса

2015



План

Введение

1. Мировые запасы газов в донных отложениях

1.1 Запасы газов, характерные для Чёрного моря

2. Метан

2.1 Газовые факелы (сипы)

2.2 Грязевые вулканы

2.3 Газогидраты

3. Сероводород

4. Происхождение различных газовых проявлений в Чёрном море

5. Перспектива изучения выходов метана как поисковых признаков месторождений углеводородов на морском дне

6. Добыча и разведка

Заключение

Список использованной литературы



Введение

Цель работы:

Изучить проявления газов в донных отложениях на примере Чёрного моря.

Задачи:

1. Осознать значимость запасам газа в Мировом океане.

2. Проанализировать различные проявления выходов метана в Чёрном море, определить наиболее перспективные для разработки.

3.Разобраться в особенностях анаэробной зоны Чёрного моря.

4. Проанализировать уровень изученности и перспектив дальнейшего изучения различных проявлений метана на морском дне.

5. Дать оценку современному состоянию добычи и разведки газа в Чёрном море



1. Мировые запасы газов в донных отложениях

В настоящее время вблизи берегов более чем 50 стран выявлено промышленные запасы нефти и газа. Морские месторождения нефти обеспечивают 25% мировой добычи, а до конца нашего тысячелетия эта цифра удвоится.

Разведку на нефть и газ осуществляет в своих водах свыше 100 стран. Нефтяники считают, что в недрах морского дна -- 65- 70% запасов нефти планеты. По последним данным, на дне Мирового океана известно около 400 нефтегазоносных бассейнов. У них уже открыто приблизительно 1500 месторождения. Интересно, что до 95% нефти и до 80% газа приходится на территорию между 30° с. ш. и 10° ю. ш. А всего месторождения газа могут быть открыты на трети площади дна Мирового океана.

Давно известны большие запасы нефти в Персидском заливе. Ежегодно из-под ее дна выкачивают 200 миллионов тон. Потенциальные запасы здесь представляют свыше 30 миллиардов тон. Это наибольшие запасы и наибольшая добыча морской нефти в мире.

Второе место за добычей нефти занимает Венесуэла, которая ежегодно получает приблизительно 120 миллионов тон из Венесуэльского залива и прилегающих акваторий. Запасы нефти в этом районе представляют 1,5 миллиарда тон.

Третье место за добычей нефтепродуктов принадлежит США, которые ежегодно из разных районов побережья (Аляски, Калифорнии, Луизианы) добывают около 75 миллионов тон. Лишь в Мексиканском заливе, где пробурено 16 тысяч скважин и установлено большое количество платформ, ежегодно добывают 50 миллионов тон нефти и 115 миллиардов кубических метров газа.

Огромные запасы нефти и газа, которые, по предыдущим подсчетам, превышают 7 миллиардов тон (около 50 месторождений), открыто в Северном море.

На Атлантическом шельфе Африки, в Гвинейском заливе, в территориальных водах Ганы, Дагомеи, Нигерии, Анголы, Конго, Заиру также открыто и разведаны богатые месторождения нефти.

Перспективная на нефть акватория вдоль Атлантического побережья США и Канады между островами Новая Шотландия и Флорида, ее прогнозные запасы оцениваются в 13-27 миллиардов тон.

Значительные нефтяные месторождения открыто на шельфах Австралии и Океании. Вокруг Южной Америки также стало известно много месторождений нефти: напротив дельты реки Ориноко, вдоль гвианского, бразильского, эквадорского и перуанского побережий.

Кроме уже определенных месторождений нефти, вокруг Азиатского материка недавно были открыты запасы нефти на Японском шельфе, в Восточно-китайском море, у берегов Индии, Пакистана, Бангладеш, Шри-Ланки, в Суэцком заливе Красного моря и у берегов Эфиопии.

Богатый на морские нефтяные месторождения и бассейн Средиземного моря. Они открыты у берегов Туниса, Ливии, Египта, Испании, Франции, Италии, Хорватии, Албании, Греции и Турции.

В СНГ, кроме Каспийского моря, наиболее перспективными считаются акватории Азовского, Балтийского и Аральского морей, а также шельфовые зоны Черного, Охотского и Берингового морей.

Газогидраты -- относительно новый и потенциально обширный источник природного газа. Они представляют собой различные молекулярные соединения, в особенности воды и метана, существующие при низких температурах и высоком давлении.

Около 97% газогидратов размещены в Мировом Океане. В пределах полярных акваторий, а также акваторий Атлантического, Индийского и Тихого океана было найдено более 230 газогидратных залежей. Сейчас основными странами, которые занимаются проектами разработки газогидратных месторождений являются США, Япония и Россия. Основные перспективы их нахождения связывают с глубинами 400-1600 м от дна моря с минимальным подсчетам запасов в 50-60 трлн кубометров газа. Толщина пород, в которых условия существования газогидратных залежей являются благоприятными, составляет от 170 м до 480 м. Для добычи газа из газогидратной залежи необходимо его перевода из твердого состояния в свободное с последующим отбором традиционными технологиями. Среди методов перевода газа можно назвать понижение пластового давления ниже равновесного, повышение температуры гидрата выше равновесной и введение в пласт катализаторов распада.

Грязевой вулкан -- геологическое образование, представляющее собой отверстие или углубление на поверхности земли, либо конусообразное возвышение с кратером, из которого постоянно или периодически на поверхность Земли извергаются грязевые массы и газы, часто сопровождаемые водой и нефтью.

Среди подводных грязевулканических провинций, самая крупная - Южнокаспийская впадина. Здесь с помощью эхолотов, геоакустического профилирования и аэромагнитной съемки выявлено более 136 построек. Менее детально изучены провинции Черного и Средиземного мо рей. В них соответственно исследовано 25 и 16 грязевулканических сооружений. Подводные грязевые вулканы широко распространены на шельфах океанов и внешних морей. Также как и холодные потоки углеводородов (сипы), они обнаружены в пределах западного и восточного тихоокеанского побережий, на шельфах Атлантического океана, Норвежского и Баренцева морей. Рассматривая закономерности распространения грязевых вулканов на континентах, а также в морях и океанах, нетрудно прийти к выводу, что большинство провинций отчетливо тяготеет к альпийской зоне складчатости.

В донных отложениях всегда имеются микроорганизмы, продуцирующие метан и водород. Интенсивность выделения этих газов сказывается на кислородном режиме водоемов. В настоящее время установлено, что в условиях анаэробиоза водород, углекислый газ и жирные кислоты получаются главным образом при распаде гемицеллюлозы и клетчатки.

Покмарки (pockmarks), кратеры газов на дне Балтийского моря (в т. ч. в пределах Гданьского залива), через которые происходит высачивание газов (метана). Имеют овальную форму размером в поперечнике 10-30 м, глубиной 0,5 м. Являются поисковым признаком на ископаемые углеводороды.

Чёрные курильщики -- действующие на дне океанов многочисленные источники, приуроченные к осевым частям срединно-океанических хребтов. Из них в океаны поступает высокоминерализованная горячая вода под давлением в сотни атмосфер. Представляют собой трубообразные образования, достигающие высоты в десятки метров, устойчивость которых обеспечивается действием силы Архимеда.

белые курильщики -- фонтаны осветленных гидротермальных вод, не насыщенных рудными компонентами. Температура их значительно ниже, поэтому они не так агрессивны по отношению к породам океанической коры, как горячие гидротермы. Белые «курильщики» создают трубовидные постройки, сложенные рыхлым, пористым материалом. Вокруг них обитают червеподобные существа, близкие по строению к полихетам. Эти животные могут вылезать и возвращаться в трубки, в которых они обитают.

1.1 Запасы газов, характерные для Чёрного моря

Черное море - крупнейший в мире (423,000 км2) меромиктический бассейн с двуслойным строением водной толщи, где глубинные (соленые и тяжелые) и поверхностные (опресненные и легкие, обогащенные кислородом) слои воды не смешиваются между собой. В результате 90% глубинных вод ниже изобаты 220 м являются бескислородными. Аэробная жизнь сконцентрирована на шельфе, формируя хрупкие, легко поддающиеся внешнему воздействию, донные экосистемы. Одним из факторов, нарушаюших их равновесное состояние, является метан [40], в огромных количествах выделяемый из недр бассейна [7]. Метан является важным элементом экосистемы Черного моря, который влияет на глобальное изменение климата.

Проявления эпигенетических-миграционных (глубинных) газов связаны прежде всего с активными тектоническими зонами и областями развития криптодиапиризма, а сингенетических (газов био-геохимического происхождения) - с мощными толщами палеодельтовых и палеорусловых накоплений [2]. Сингенетический (биохимический) метан характерен для восстановленных осадков шельфа и локальных впадин на субабиссали. Основными источниками поступления этих газов в морскую среду

служат биохимические процессы внутри водной толщи (разложение компонентов органического вещества - бактериальной деструкции планктона анаэробными бактериями и газообразных продуктов метаболизма гидробионтов), а также процессы диагенетического преобразования органического вещества донных осадков.

В пределах континентального склона и глубоководного ложа Черноморской

впадины существуют необходимые условия для аккумуляции природных углеводородов (УВ) в твердом (газогидраты) и свободном (газообразном) состоянии, достаточно низкие температуры вод, необходимые давления, чередование в разрезе пористых и глинистых отложений, региональная газоносность акватории.

Газогидраты метана были открыты в 1810 г. Х. Дейви как техногенные образования. В 1948 г. Пауэлл назвал их клатратами (от слова “clathratus”, что означает “сажать в клетку”). Газогидрат или клатрат - твердое вещество (лед), в котором молекулы гидратообразующего газа (метан, этан, углекислый газ, азот, сероводород и некоторые другие) втиснуты в кристаллическую решетку воды (льда) без химического связывания их молекул. Наиболее распространены и представляют наибольший интерес газогидраты метана. газ отложение море углеводород

Наиболее характерными для Чёрного моря являются запасы метана с проявлением в виде газогидратов, сипов, грязевых вулканов, а так же биогенного происхождения.



2. Метан

Метан является важным элементом экосистемы Черного моря, который влияет на глобальное изменение климата. В работе оценены основные процессы биогеохимического поведения метана. Полагается, что образование метаногидратов на дне глубоководной части Черного моря и струйные газовыделения по периферии бассейна являются составляющими одного глобального процесса - газоотдачи дна Черного моря.

Метан в Черном море может иметь двойную природу: это так называемый ископаемый метан, выделяющийся из недр Земли, и метан биогенного происхождения, который, аналогично сероводороду, является продуктом бактериальной жизнедеятельности.

Рис 2.1. Баланс метана в Чёрном море. Число в рамке - ежегодная микробная продукция метана в водной толще.



2.1 Газовые факелы (сипы)

В настоящее время в акватории Черного моря найдено несколько тысяч газовых факелов (сипов), точнее групп факелов. Они локализованы по периферии Черного моряв частности, на северо-западе Черного моря, на болгарском шельфе, на Керченско-Таманском шельфе, вдоль берегов Кавказа [8, 10]. Данных о газовых факелах у берегов Турции нет.

В последние годы газовые факелы обнаружены в Севастопольской бухте, в бухте Ласпи, в Судакской бухте [2]. Можно предположить, что газовые факелы существуют и на суше, в ее прибрежной части вдоль берегов Черного моря, но пока просто не изучались.

Как правило, газовые факелы развиты на глубинах 50-800 м, глубже они встречаются очень редко. Высота факелов обычно до 100-200 м, большинство из них не достигает поверхности воды и диффузно распыляется. Чаще всего это небольшие газовые струи, но иногда это целые группы газовых струй - до 5,10,12; некоторые из них достаточно значительны и образуют своеобразные облака газа близ дна. Во многих случаях видна прерывистость газовых факелов, т.е. как бы их пульсирующее извержение. Характер газовых факелов в разных районах моря примерно одинаковый.

Для Керченско-Таманского района моря удалось проследить определенную локализацию газовых факелов на вершинах положительных структур верхнего - неогенового структурного этажа, в меньшей мере - майкопских «структур». Эту закономерность выявить удается в значительной мере благодаря вскрытию структур системой подводных каньонов.

Для северо-запада Черного моря данных пока мало, чтобы можно было говорить о подобной закономерности. Изучение газовых факелов большей частью проводилось вне зоны разви-тия изученных геофизическими методами поднятий.

На северо-западе Черного моря был проведен своеобразный экологический мониторинг. Несколько крупных газовых факелов, обнаруженных в 1994-1995 годах, были повторно изучены в 2004 г. Все они сохранились, более того, сохранились масштабы их деятельности, множественность струй и ряд других признаков.

О длительности функционирования газовых факелов свидетельствуют и карбонатные постройки, возникающие в процессе их деятельности [8]. Формы проявления карбонатных построек достаточно разнообразны. Наглядным примером такого рода может служить постройка поднятая в 57 рейсе НИС "Проф.Водяницкий". Возраст ее достигает 9050 лет. Надо полагать, именно столь длительное время функционировал породивший ее газовый источник. Один сантиметр постройки вырастал примерно за 33-34 года. И это - не самое древнее сооружение. Возраст отдельных построек достигал 30 тысяч лет. Судя по этим данным, масштабы газоотдачи дна Черного моря - просто грандиозные. Газоотдача продолжается минимум 30 тыс.лет.

Рис. 2.1. Распределение газовых сипов по глубинам.

2.2 Грязевые вулканы

Грязевые вулканы широко развиты на дне Черного и Азовского морей [8, 10]. Чаще всего они представляют собой своеобразное проявление диапировой тектоники. Из глубины недр при достижении аномально высоких давлений в 300-400 атмосфер газы по тектоническим нарушениям прорываются вверх, выбрасывая воду, глинистые массы, обломки твердых пород, образуя чаще всего положительные формы рельефа как на дне, так и на суше.

Вырисовывается своеобразная зональность: по периферии моря развиваются газовые факелы, в пределах глубоководной впадины Черного моря газовых факелов практически нет. Надо полагать, газы увязываются в грунте, где существуют зона гидратообразования и при определенных сочетаниях температуры и давления возможно образование залежей газогидратов метана. В настоящее время газогидраты встречены в разрезе колонок в 10-12 точках Черного моря, чаще всего, в отложениях грязевых вулканов. Геологически это впадины Сорокина, Туапсинская, Гиресунская и др.

По данным геофизических исследований "Южморгеологии", мощность зоны гидратообразования и залежей газогидратов достигает 400-500 м, они развиты как в четвертичных, так и в неогеновых отложениях, создавая плотные непроницаемые для газа шапки. По нашему мнению, в горизонтальной плоскости газогидратные залежи фациально переходят в газонасыщенные илы, под залежами газогидратов развиваются достаточно мощные подгидратные залежи газов. Эти представления легли в основу модели газогидратной залежи вулкана Двуреченского.

Суммарные запасы газа в составе газогидратов в Черном море оцениваются специалистами "Южморгеологии" в 25 трлн.м3; из них на долю экономзоны Украины приходится 7-10 трлн.м3.

Грязевые вулканы также служат источником газов и генерируют залежи газогидратов, частично разрушая и выбрасывая обломки пород с гидратами на поверхность дна.



Рис. 2.2. Схема распределения грязевых вулканов на земном шаре.

2.3 Газогидраты

Газогидраты - это газ (в основном метан), находящийся под высоким давлением при низкой температуре. По данным акад. Е.Ф.Шнюкова [3] газогидраты в Черном море встречаются на глубинах от 400 м и глубже. Гидраты метана характерны для бескислородных осадков и представляют собой твердые нестехиометрически сформированные смеси из метана и воды при низкой температуре и высоком давлении. Это достаточно мощные залежи, покрытые несколькими метрами ила. Если исходить из значения скорости осадконакопления в Черном море 5 - 30 cм за 1000 лет, то образование газогидратов датируется примерно 7000 - 8000 лет, что совпадает с геологическими процессами начала формирования сероводородной зоны в Черном море. По мнению акад. Е.Ф.Шнюкова [5] в Черном море существует своеобразная закономерная зональность: центральная глубоководная часть Черного моря содержит газогидраты, а факелы газа локализованы по периферии моря. Оценки запасов метана в газогидратах Черного моря весьма различаются по данным разных авторов и колеблются от 80 млрд. м3 до 49 трлн. м3. По мнению акад. Е.Ф.Шнюкова [5] время оценок общей массы газогидратов в Черном море пока еще не наступило. И газовыделения со дна, и обнаруженные на больших глубинах залежи газогидратов - все это составляющие одного глобального процесса - газоотдачи черноморского дна, который в Черном море гораздо выше, чем в других морях, где обнаружены огромные залежи углеводородов.

Большинство природных газов (CH4, C2H6, C3H8, CO2, N2, H2S и т.п.) образуют гидраты, которые существуют при определенных термобарических условиях. Область их распространения приурочена к морским донных отложений и к зонам многолетней мерзлоты. Наиболее распространенными природными газовыми гидратами являются гидраты двуокиси углерода и гидраты метана. Именно метаногидраты представляют наибольший интерес как источник добычи нетрадиционного газа. Уникальным свойством гидрата метана является то, что один объем воды при переходе в гидратный состояние соединяет водородной связью 207 объемов метана. При этом его удельный объем увеличивается на 26%. Для образования газогидратов необходимы наличие воды, газа, снижены температуры и определенные давления. Стабильность газогидратных залежей зависит от интенсивности процессов генерации, миграции и диффузного рассеяния газов, а также динамики температурного режима. В газогидратных залежах газ частично или полностью находится в твердом гидратной состоянии. Существует два основных типа газогидратных залежей - первичные и вторичные. Первичные приурочены к акваториям, где гидраты формируются из открытых в пластовой воде газах и содержатся в придонных отложениях, которые характеризуются высокой пористостью, низкой температурой и малой прочностью вмещающих пород. Часто первичные залежи не имеют литологических кровель, а гидрат является своеобразным «цементом» и служит непроницаемой крышкой, под которой идет накопление гидрата. В акватории Мирового океана зона первичного гидратообразования начинается от дна океана и достигает нескольких сотен метров вглубь. Субмаринной залежи приурочены в основном к глубоководного шельфа и океаническом склона на глубинах от 200 до 700 м. Вторичные газогидратные залежи обычно расположены на материках. Они формируются из скоплений свободного газа, расположенного под непроницаемыми литологических покрышками и в условиях понижения температур ниже равновесных. Такие залежи приурочены к районам вечной мерзлоты, а толща пород, содержащая газогидратные залежи, может достигать 400-1000 м.



3. Сероводород

Одна из особенностей Чёрного моря, суть которой заключается в насыщенности глубинных слоёв воды Чёрного моря сероводородом, который был обнаружен в 1890 году русской океанографической экспедицией. Согласно ней и уточнённым впоследствии данным сероводород находится в более чем 90% общего объёма воды, подступая к поверхности моря в центральной части на 50 метров, у берегов -- на 300 метров. В этих 90% нет жизни, она сосредоточена исключительно на небольшом участке поверхности, где пока нет сероводорода.

Иногда верхняя граница сероводородной “зоны ненадолго поднимается и опускается из-за восходящих и нисходящих движений воды, вызванных атмосферными явлениями.

Кислород довольно быстро реагирует с сероводородом, окисляя его до сульфатов, и убивает анаэробные бактерии, производящие сероводород. Поэтому растворенный кислород, быстро расходуясь на окисление сероводорода, присутствует в Черном море только в поверхностном слое. Ниже 100 - 300 м, в сероводородной зоне, обитают только анаэробные бактерии и некоторые виды морских червей.

Главная причина расширения сероводородной зоны -- эвтрофикация моря, повышение содержания в нем органических веществ. А поскольку львиная доля их образуется в сравнительно узкой прибрежной зоне, именно ее экосистема определяет содержание сероводорода в глубинах Черного моря.

Расслоение (стратификация) черноморской воды по солености, плотности и температуре - препятствует вертикальному перемешиванию моря и обогащению глубин кислородом.

Существует две точки зрения на формирование сероводородной зоны в Черном море. Согласно первой, которой придерживается большинство исследователей, около 9000 лет назад в связи с геологическими процессами восстановилась связь Черного моря со Средиземным через пролив Босфор, и в опресненные воды черноморской впадины начали поступать более соленые и плотные воды Средиземного моря. Поскольку эти воды были значительно тяжелее, то они попадали сразу на дно котловины. Последующее развитие плотностной стратификации резко ограничило скорость вертикального обмена, а, следовательно, и поступление кислорода в глубинные слои моря. В результате 7000 - 8000 лет назад в глубинных водах моря сформировалась устойчивая зона анаэробных условий, которая за прошедший период достигла современного физико-химического состояния. Допускалось определенное влияние на формирование сероводородной зоны тектонических факторов, которые могут сопровождаться прямым поступлением сероводорода из недр Земли по тектоническим разломам или в результате извержения подводных вулканов.

Вторая точка зрения, которая в свете последних данных находит весомое подтверждение, связывает начало формирования сероводородной зоны именно с тектоническими факторами. В соответствии с этой точкой зрения, 7000 - 8000 лет назад в результате движения литосферной плиты, подвигающейся под Крымский п-ов, произошел разлом земной коры, пересекающий Черное море от района Главного Кавказского хребта до западного побережья моря. Через этот разлом, а также образовавшиеся многочисленные трещины в придонный слой моря произошел катастрофический выброс газа (в основном метана, а также и сероводорода). Этот газ не только привел к гибели окружающей флоры и фауны, но и был источником образования обнаруженных в 80-е гг. газогидратов. В результате сложившейся ситуации началось образование сероводорода за счет гниения серосодержащих органических соединений и в результате восстановления сульфатов при разложении органического вещества. В результате прекращения тектонических процессов ведущее место в формировании восстановительных условий заняла сульфатредукция, поскольку, как показано в следующем подразделе, в присутствии сульфатредуцентов метанобразующие микроорганизмы продуцируют метан только в условиях, когда сульфатредукция идет не до конца - образования СО2, а завершается образованием карбогидратов и жирных кислот. Может это является одной из причин довольно низких концентраций метана в водах Черного моря в настоящее время, и фактически отражает состояние равновесия между его продуцированием в донных отложениях метанобразующими микроорганизмами и его убылью за счет окисления метанокисляющими микроорганизмами в зоне контакта аэробных и анаэробных вод и его анаэробного окисления в толще донных отложений в анаэробной зоне.

Таким образом, в процессе превращения глубинной части Черного моря в сероводородную зону могли сыграть свою роль и катастрофические выходы из недр Земли метана.



4. Происхождение различных газовых проявлений в Чёрном море

Первые данные по распределению концентрации метана были получены в глубоководной зоне [3]. Оказалось, что, начиная примерно со 150 м -- границы анаэробной (сероводородной) зоны -- до глубины 500--600 м происходит линейный рост концентрации метана практически от 0 до 10--13 мкМ/л, а далее до дна она остается монотонной. Скорее всего, основная часть метана продуцируется микроорганизмами в донных осадках, откуда он и поступает в водную толщу.

Уже первые анализы изотопного состава метана (д 13 С = -60‰), выходившего в виде струй пузырьков из карбонатной постройки на глубине 226 м в Днепровском каньоне, поставили под сомнение гипотезу его термогенного происхождения [1]. Более детальные исследования изотопного состава метана сипов были проведены на образцах, отобранных с борта пилотируемого подводного аппарата «Jago» во время международной экспедиции по проекту GOSTDABS (руководитель проекта профессор W. Michaelis из Гамбургского университета) в июне -- июле 2001 г. непосредственно из струй газа [8]. Близкие значения изотопного состава углерода метана холодных сипов Черного моря (д 13 С от -62,4 до -68,3‰) позднее были получены и немецкими участниками этого проекта [9]. По величинам д 13 С и дD все изученные пробы попадают в поле биогенного мета, образовавшегося при микробиологическом восстановлении углекислоты водородом [10]. Еще одно важное доказательство биогенного генезиса метана холодных сипов Черного моря -- крайне низкое содержание в газовом флюиде тяжелых гомологов метана (менее 0,0n%) (Рис 4.1)



Рис. 4.1.Химический состав газов и изотопный состав метана холодных сипов

Таким образом, биогенный генезис метана черноморских сипов доказывается тремя независимыми параметрами: изотопным составом углерода, изотопным составом водорода и концентрацией газообразных гомологов метана. Изучение профилей распределения метана по всему разрезу на глубине 3,0--3,5 м от поверхности дна показывает постоянный рост его концентрации вплоть до величин 50--75 мM/м поровой воды [11]. Наши данные по определению (с NaH 14 CO3) скорости метаногенеза говорят о том, что микробный метаногенез происходит во всей толще голоценовых осадков как минимум до глубины 6,3 м от поверхности дна [3, 6].

Третий источник черноморского метана -- грязевые вулканы и субмаринные скопления газгидратов в отложениях нижней части континентального склона на глубинах 700--750 м и в глубоководной котловине. Поскольку грязевые вулканы локализованы в зонах тектонических нарушений, большинство исследователей полагало, что выделяющийся из них метан должен иметь термокаталитическое происхождение (термогенный метан). Однако полученные к настоящему времени данные по изотопному составу метана, выделяющегося в составе флюида грязевых вулканов и из газогидратов донных отложений, показывают, что проблема генезиса такого метана более сложная. Типичный для термокаталитического метана изотопный состав углерода (д 13 С от -30,0 до -50,0‰) обнаружен только над крупными вулканами, локализованными в центральной части западной халистазы (глубоко- водной зоны). Метан же большинства грязевых вулканов, например в троге Сорокина, и газ- гидратов из осадков имеет легкий изотопный состав углерода, характерный для микробного метана, образующегося при восстановлении углекислоты автотрофными метаногенами. Данные по содержанию газообразных гомологов метана неоднозначны: в газах цен- тральной области моря их концентрация достигает нескольких процентов, что подтверждает термогенное происхождение основной части углеводородов, выделяющихся здесь. В большинстве же газов, отобранных в троге Сорокина, содержание гомологов метана составляет крупнейший на Земле метановый водоем 6 существенно менее одного процента, хотя описаны случаи, когда пробы с биогенным метаном содержали и довольно высокие их количества. Данные по изотопному и газовому составу флюидов грязевых вулканов пока немногочисленны, что, конечно, затрудняет их обсуждение. Не вызывает сомнения лишь тот факт, что грязевые вулканы «сидят» на тектонических нарушениях. Однако из этого не следует, что идущий по ним газ генерируется только на больших глубинах и при высоких температурах. По разрывным нарушениям и другим газопроводящим каналам к поверхности может двигаться и метан смешанной природы, в том числе и биогенный. Последний образовывался как в прошлые геологические эпохи, в течение которых под Черным морем накопилась 12--15 километровая толща осадков, так образуется и в настоящее время в неконсолидированных богатых органическим веществом голоценплейстоценовых осадках.



5. Перспектива изучения выходов метана как поисковых признаков месторождений углеводородов на морском дне

Газовые факелы на периферии и грязевые вулканы в глубоководной впадине Черного моря могут стать поисковым признаком нефтегазовых месторождений и источником непосредственного извлечения углеводородов на шельфе и материковом склоне [6]. При этом вполне возможно, что природа возникновения газовых факелов в море, такая же, как и на суше. На Ближнем Востоке активное возгорание выходящих на поверхность газовых источников «Вечных огней», которые горели с незапамятных времен, привело в первом тысячелетии до новой эры к появлению религии огнепоклонников. Скважины, заложенные после долгих споров еще в 1905 г. у «вечного огня» близ селения Сураханы возле Баку, открыли одно из крупнейших месторождений нефти - Сураханское. Согласно данных главного геолога «Стандарт Ойл» Уолтера Линка, утверждающего в своей статье «Значение поверхностных нефтепроявлений в поисках нефти в мире», что большинство нефтегазоносных районов открыто благодаря поверхностным выходам углеводородов . Так, например, были открыты наши прикарпатские месторождения. Однако, в 60-х годах прошлого столетия были изданы у нас новые инструкции, не учитывающие при поисках роль поверхностных выходов. Согласно Созанскому [6] недостаточная эффективности работ украинских нефтяников на шельфе кроется в этих ошибочных установках.

Другим поисковым признаком являются грязевые вулканы, которые согласно [1] должны быть использованы в качестве бесплатных разведочных буровых скважинах. Бурение в районе Локбатанского грязевого вулкана в Азербайджане привело к открытию крупнейшего месторождения углеводородов. Во многих нефтегазоносных районах проявляется грязевой вулканизм. В этой связи заслуживают внимания грязевые вулканы, развитые в акватории Черного моря. Надо полагать, что в будущем многие явления нефтегазоносности моря будут поняты, если будут изучены еще малоизвестные пока черноморские газогидраты метана. Не исключены связи грязевого вулканизма с газогидратами, о чем свидетельствуют находки газгидратов в выбросах грязевых вулканов в море. Каждый из потенциальных признаков нефтегазоносности Черного моря заслуживает специального рассмотрения.

Миграция углеводородных газов из недр Земли для газоносных районов - обычный и закономерный процесс. В результате миграции газа образуется ореол рассеяния залежи, за пределами которого будет лишь газовый фон. Благодаря процессам миграции в толще над залежью, имеются повышенные по сравнению с фоном концентрации мигрирующих газов, так называемые «газовые аномалии». При всей сложности геологического строения многих газовых и нефтяных месторождений, структура, содержащая залежи нефти и газа, всегда будет иметь газовую аномалию. Выявленные методами газовой съемки аномалии бывают обычно двух видов. Первый вид аномалии, когда в зоне залежи наблюдается высокая концентрация углеводорода, которая к периферии снижается до нуля - «прямая аномалия». Второй вид аномалии, кое-где в зоне залежи наблюдается низкая концентрация углеводорода, которая окружена кольцом или полукольцом с более высокой концентрацией, которые тоже затухают по мере удаления от залежей. Это «кольцевые аномалии». На побережье Грузии были обнаружены аномальные эффекты газопроявления. В районе Кобулетти - «прямой аномальный эффект», в районе Батуми - «кольцевой аномальный эффект», что позволяет сделать вывод о наличии газового месторождения в данном регионе.

В [9] было показано, что перенос метана в Черном море является сложным явлением, который для упрощения задачи моделирования разбивается на три более простых процесса.

Первый - перенос метана одиночными пузырьками. Условия для такого переноса существуют в диспергированных сипах, которые являются типичными для мелководья на шельфе моря. Выделения метана в таких условиях характеризуются медленными пульсациями. При этом индуцируемая пузырьками плавучесть, не достаточна для образования метанового факела.

Шельф Черного моря достаточно перспективен на нефть и газ во многих районах. Заслуживают внимания структуры шельфа России, Болгарии и Румынии, некоторые районы грузинского шельфа. Именно румынские геологи обнаружили первую промышленную нефть в Черном море на площадях Западная Лебеда (1981 г.) и Восточная Лебеда (1985 г.). По данным В.И.Созанского, почти во всех скважинах, пробуренных на румынском шельфе (а их в настоящее время около 70), встречаются нефте- и газопроявления. При этом нефтяные проявления тяготеют к району развития нефтяных месторождений Западная и Восточная Лебеда и отмечены в скважинах Лотус 18 и Партити. Нефть залегает в альб-палеоценовых известняках на глубинах 2200 м.

Кроме нефти на этих площадях встречен промышленный газ в олигоценовых песчаниках. Чисто газовые месторождения на румынском шельфе установлены на площадях Синое, Кобальческу, Дойна, Восточное Синое. Газопроявления на румынском шельфе развиты шире, чем нефтепроявления. Они особенно интенсивны в его северной части. Здесь были сделаны основные открытия в конце 90-х годов. Промышленный газ и газопроявления приурочены к плиоценовым песчаникам. Они характеризуются сверхвысокими давлениями. Так, скважина Рапсодия I из-за сверхвысокого давления не была доведена до проектной глубины 4025 м и остановлена на глубине 3722 м. В скважине Лючафарул 1-а опробован только один горизонт, остальные не испытаны из-за сверхвысокого давления. Добыча нефти на шельфе Румынии достигла в 2000 г. 1,5 млн т и составляет треть румынской нефтедобычи [4].

В южном направлении перспективы нефтегазоносноети шельфа снижаются, газопроявления менее обильны, разведочные работы на нефть и газ менее результативны.

Несмотря на большой объем геологоразведочных работ в болгарской части черноморского шельфа, обнаружено только одно небольшое газовое месторождение Галата. Промышленный газ получен с глубин 1046-1069 м из палеоценовых известняков и маастрихтских песчаников. Дебит скважин - 1 млн. м3/сутки на 20-миллиметровом штуцере, запасы - до 1,5 млрд м3.

Высокой оценкой пользуется нефтегазовый потенциал майкопских отложений Туапсинского прогиба, достигающих мощности 7 км [3], и верхнеэоцен-нижнемайкопских отложений [6] керченско-таманского шельфа.

Колоссальные масштабы газоотдачи по периферии моря свидетельствуют о колоссальной отдаче газов и в глубинной части, что позволяет предполагать масштабные размеры залежей газогидратов. В. А. Соловьев [5] считает, что в газогидратах стабилизируется всего лишь от 1 до 10 % газов, поступающих в зону гидратообразования.

Выходы газов на черноморском шельфе должны быть привязаны к геологическим структурам, последние - детально изучены и разбурены.

Важной составной частью будущих исследований нефтегазоносносности должны быть экологические работы, позволяющие свести вред от горных и буровых работ к минимуму.



6. Добыча и разведка

Единственная компания, которая сейчас работает на шельфе, -- это "Черноморнефтегаз". Остальные -- Vanco Prykerchenska Ltd. (Прикерченский участок) и ЕххоnMobil(Скифский участок) -- пока только говорят об освоении шельфа

Доля разведанных участков шельфа не превышает 4% от их общего объема. Кроме того, пока что осваивается исключительно "мелкая вода": по данным НАК "Нафтогаз", существующее оборудование позволяет бурить на глубинах до 120 метров. "Выход на "глубокую воду" потребует принципиально иного сопровождения, включая контроль безопасности и ликвидацию аварий.

Но и в нынешних условиях "Черноморнефтегаз" активно наращивает добычу. В первую очередь -- за счет освоения Одесского месторождения, расположенного в 155 километрах от крымского побережья, запасы которого оцениваются в 22 млрд. кубометров газа. Открыто оно было еще в конце 1980-х, однако промышленная добыча топлива там началась только в 2012 году, когда на месторождении была установлена одна из "вышек Бойко" -- плавучая буровая установка "Петр Годованец". Она и "Независимость" -- в 2011 году стали фигурантами громкого коррупционного скандала, после того как было обнаружено, что одна из них была куплена за $400 млн. не непосредственно у завода Керреl а через посредника -- британскую Highway investment Processing. Несмотря на это, только "Петр Годованец" дал возможность "Черноморнефтегазу", не отвлекая уже имеющиеся установки от освоения других месторождений, дополнительно добыть 200 млн. куб. м природного газа.

Сейчас "Черноморнефтегаз" работает над освоением Безымянного месторождения, запасы которого оцениваются в 3 млрд. кубометров. Кроме того, в "Нафтогазе" рассчитывают, что в ближайшие годы и другие компании начнут осваивать шельф -- хотя бы в тандеме с "Черноморнефтегазом". В целом, по разным оценкам, запасы глубоководного шельфа Украины могут составлять от 4 до 13 трлн. куб. м газа.

Сейчас все топливо с разрабатываемых месторождений по трубопроводам поступает на полуостров, где его избытки закачиваются в Глебовское ПХГ. Мощности его активного хранения сейчас покрывают только текущую добычу газа -- 1 млрд. кубометров единовременно -- и в перспективе могут быть расширены до 3 млрд. Если добыча будет расти и дальше, компаниям придется придумывать новые способы сохранять добытое топливо.

Разведка и обустройство глубоководных участков вдвое более капиталоемких работ по сравнению с работами на шельфе и требуют новых методологических и методических подходов. Применяются различные методы и технологии для обеспечения поисков, разведки и добычи как традиционных, так и нетрадиционных источников углеводородов. Нами для решения указанных выше проблем использовано геолого-структурно термоатмогеохимическую технологию (СТАГД), в основу которой положен комплекс тектонических, морфоструктурных, биолитосейсмо стратиграфических, термометрических, газогеохимичних методов. В отличие от приповерхностных методов поисков ВВ, которые применялись в Украине раньше и направлены на прямые признаки залежей УВ по выявленным аномалиями метановой составляющей, СТАГД ориентированы на системный анализ по уточнению геологической строения, модели розломно блочного каркаса перспективных площадей, выявление неотектонические активных зон повышенной проницаемости и путей активной миграции ВВ - прямых индикаторов их залежей. Согласно технологии СТАГД анализировались такие критериальные признаки прогнозирования нефтегазоносности: структурно тектонические, литолого стратиграфические, фациальные, геохимические, геотермические, корреляционные. Каждый из указанных критериев имеет разную информативность, учитывая особенности геологического строения региона, специфики условий формирования залежей. Поэтому их комплексное применение при определении нефтегазоносности как локальных объектов, так и на полигонах, дает возможность ґруновнише оценить перспективы определенных участков, территорий с учетом геологического строения, характера тектонических процессов, которые их сформировали, пространственно временной генерации, миграции, аккумуляцию, изменения и разрушения залежей УВ. Материалом служили выполнены специальные экспедиционные исследования и обработка имеющегося фактического материала на выявленных структурах нефтегазоперспективных объектов на континентальном склоне Западночерноморской впадины, в частности на структурах Западногалицинская, Одесская Безымянная Рифтовая Осетрова, Сундучная, Юбилейная; Склонного, Британская. С целью определения эффективности применения разработанной структурно термо атмогеохимичнои технологии было о ведено исследование на участках массовых газовых выделений - «газовых факелов» в зоне сочленения шельфа и континентального склона в Захидночорноморський впадине. Значительный объем исследований по разработанной технологии выполнено также в Схидночорноморський впадине, где перспективными являются впадина Сорокина и прикерченском шельф с прилегающим континентальным склоном (структуры Палласа, Глубокая) (рис 1).СТАГД предусматривает выполнение комплекса экспедиционных и лабораторных исследований по следующей схеме: геоструктурные, структурнонеотектонични исследования, дешифрование аэро и космофотознимкив, выяснения геологического строения соответствующих объектов, в частности построение стратиграфических разрезов по комплексу литобиосейсмостратиграфичних методов, термометрическое и газовоеманацийни исследования (Rn, свободные ВВ ), обработка экспериментальных данных и построение карт. Геоструктурные исследования основываются на анализе существующей геологической и геофизической информации и имеют целью выяснения геологической позиции объектов, в т.ч. создание стратиграфической модели, анализ разломной блоковой тектоники с учетом геодинамических и морфокинематичних характеристик разломов и форм их отражение в фундаменте и чехле, выявление неотектонические активных нарушений. Геоструктурного информация является исходной при выборе оптимальной сети точек инструментальных полевых работ, включающих атмогеохимични, термометрическое и эманационных радонометрични исследования. Теоретической основой геохимических поисков месторождений ВВ является представление о диффузионно-фильтрационный массоперенос углеводородных газов (и низкомолекуляних жидких ВВ) с нефтегазовых залежей в перекрывающие осадочные породы. При поисковых работах газометрична съемка на ВР выполняется с целью выявления аномалий концентраций метана, его гомологов и алкенов. По пространственным распространением и интенсивностью аномалий потоков ВВ оценивается как общая перспективность участка, так и степень герметизации прогнозируемого нефтегазового месторождения. В некоторых случаях важную информацию дает определение концентраций углекислого газа, водорода и гелия При радонометричних морских исследованиях испытывается придонный слой воды. Наиболее информативным среди радиоактивных изотопов в придонной воде является 222Rn, для которого основными источниками повышенных концентраций являются подземные воды в зонах субмаринной разгрузки. Закономерность размещения таких зон контролируется разрывными нарушениями, поэтому радоновые аномалии дают возможность определить разломные зоны повышенной проницаемости. Температурные аномалии используются как индикаторы тепловых потоков в зонах накопления ОВ, позволяет рассматривать их как дополнительную характеристику углеводородных залежей. Обработка и интерпретация данных экспедиционных исследований на основе ГИС технологий и методов математикостатистичного анализа предусматривает анализ пространственного размещения и сопоставления аномалий различных параметров эманационных поля, полей углекислого газа, гелия, углеводородов и температуры. С учетом этих данных создаются картографические модели исследуемой территории, на которых отражены прогнозные контуры залежей УВ. Согласно технологии СТАГД на континентальном склоне (в том числе и на Британской структуре) проводились одновременно химических, эманационных, термометрическое съемки и отбор проб придонной воды. Такая схема комплексного проведения работ стало возможным благодаря специально созданным, оригинальным, запатентованным приборам, в частности пробоотборник дегазатор ПДБК3М. Пробы газов анализировались на хроматографах, эманационных исследования выполнялись в лаборатории на борту судна. Специально разработанными зонд отбирались донные отложения на глубину до одного метра, а также измерялся давление, температура, глубины дна водоема и погружения датчиков. Выполнено 312 измерений в 26 пунктах



Заключение

Черное море - крупнейший в мире меромиктический бассейн, воды которого насыщены метаном.

В акватории Чёрного моря в условиях высокой газоотдачи морского дна, обусловленной глубинной подпиткой, устанавливается своеобразная зональность. По периферии моря развиты многочисленные газовые (метановые) источники - сипы. В глубоководной впадине Черного моря, где развиты благоприятные для образования газогидратов метана сочетания температур и давления, существует зона гидратообразовяния, в пределах которого поступающие из недр газы увязываются в составе газогидратов. Неравномерность поступления газов из недр обусловливает неравномерность развития скоплений газогидратов.

Благоприятными для развития газогидратов являются зоны круто-черноморского разлома, создающего материковый склон, зоны глубинных разломов, районы развития прорванных грязевыми вулканами положительных структур, зоны глубинной разгрузки пресных вод (пялеодельты и др. ).

Метан поступает в воды Черного моря по газовым сипам, число которых достигает нескольких тысяч, из грязевых вулканов, которых в море до 70, в меньшей мере за счет биохимических процессов в донных осадках

В распределении газовых сипов фиксируется определенная зональность: они локализованы по периферии моря, центральная часть акватории лишена факелов - здесь развиты газогидраты метана

Газовые сипы могут служить поисковым критерием при поисках нефтегазовых месторождений

Грязевые вулканы в Черном море, как и в других районах являются поисковым критерием на нефть и газ. Не исключена связь глубоководных грязевых вулканов и залежей газогидратов метана

Список использованной литературы

1. Голубятников Д. В. Полезные ископаемые, 22. нефть и озокерит / Д. В. Голубятников. - Петроград : Первая Город. Тип., 1917. - 165 с. - («Естественные производительные силы России: сб. науч. ст. в 6 томах»).

2. Егоров Виктор Николаевич. Метановые сипы в Черном море: средообразующая и экологическая роль : монография / В. Н. Егоров, Ю. Г. Артемов, С. Б. Гулин. - Севастополь : НПЦ «ЭКОСИ-Гидрофизика», 2011. - 405 с. : ил.- ISBN: 978-966-02-5979-9.

3. Созанський В. І. Чи потече до нас з Чорного моря нафта? // Голос Укрaїни. - 1998. - № 2. С. XII.

4. Соловьев В. А. Оценка ресурсов газа в газовых гидратах Мирового океана // Газовая промышленность. - 2002. - № 1. - С. 76.

5. Шнюков, Н. А. Маслаков // Геология и полезные ископаемые Мирового океана. - 2009. -№2. - С. 81-91. - ISSN: 1999-7566.

6. Шнюков Евгений Федорович. Газовый вулканизм Черного моря / Е. Ф. Шнюков, В. П. Коболев, А. А. Пасынков. - К. : Логос, 2013. - 383 с. - ISВN 978-966-171-714-4.

7. Dondurur D. Acoustic evidence of shallow gas accumulations and active pockmarks in the _Izmir Gulf, Aegean sea / D. Dondurur, G. Зifзi, M. Gцktuр, S. Coєkun // Marine and Petroleum Geology. - 2011. - V. 28(8). - P. 1505-1516.

8. Imbert P. How to evacuate 10 km3 of mud: saturate with gas and decrease the pressure! / P. Imbert, D. Geiss, N. Fatjу de Martнn // Geo-Mar Lett. - 2014. - No 34. - P. 199-213.

9. Judd, A. G. The global importance and context of methane escape from the seabed // Geo Mar. Lett. - 2003. - No. 23, - P. 147-154.

9. Shnyukov E. F. Degassing of the Black Sea: A review / E. F. Shnyukov, V. Yanko-Hombach // The Fifth Plenary Meeting and Field Trip 22-31 August 2009, Izmir Turkey : Extended Abstracts of IGCP-521 “Black Sea - Mediterranean corridor during the last 30 ky: Sea level change and human adaptation” - INQUA 0501 “Caspian-Black Sea-Mediterranean Corridor during last 30 ky: Sea level change and human adaptive strategies" (A. Gilbert, V. Yanko-Hombach, eds) : Izmir: DEU Publishing House. - P. 161-162. - ISBN: 978-975-441-265-9.

10. Yanko-Hombach, V. Response of biota to methane emissions in the Black Sea: Preliminary results from complex geological, geochemical, palaeontological, and biological study / V. Yanko-Hombach, E. F. Shnyukov, E. Konikov et al. // The Fifth Plenary Meeting and Field Trip 22-31 August 2009, Izmir Turkey; Extended Abstracts of IGCP-521 “Black Sea - Mediterranean corridor during the last 30 ky: Sea level change and human adaptation” - INQUA 0501 “Caspian-Black Sea-Mediterranean Corridor during last 30 ky: Sea level change and human adaptive strategies" (A. Gilbert, V. Yanko-Hombach, eds). - Izmir: DEU Publishing House. - P. 181-184. - ISBN: 978-975-441-265-9.

Размещено на Allbest.ru