Геохимические поиски морских месторождений нефти и газа

Настоящая работа является результатом двадцативосьмилетних исследований автора в области морской геологии и нефтегазопоисковой геохимии, которые осуществлялись в пределах Охотского, Японского, Берингово морей (1972;1979 г. г.), Баренцево, Печерского, Белого морей (1980;1989 г. г.), Черного, Азовского и Каспийского морей (1990;2000 г. г.) в соответствии с задачами НПО «Южморгеология», НПО «Дальморгеология», ВМНПО «Союзморгео», ПГО «Севкавгеология».

Эти исследования являлись составной частью широкого комплекса работ по поискам и разведке минеральных ресурсов Мирового Океана, проводившегося на указанных акваториях под руководством и при непосредственном участии диссертанта.

Актуальность работы.

Развитие нефтяной и газовой промышленности является стимулирующим фактором роста всей экономики РФ. При этом большое значение уделяется интенсификации геологоразведочных работ (ГРР) на обширных морских нефтегазоносных бассейнах. Площадь акваторий России составляет — 6.3 млн. км2, в том числе перспективных в нефтегазоносном отношении регионов — 4.0 млн. км2. Суммарные геологические ресурсы углеводородов (УВ) шельфо-вых областей достигают 133 млрд. т УТ, из которых извлекаемые ресурсы составляют почти 100 млрд.т. Однако востребованность этого УВ потенциала России сдерживается крайне низкой изученностью морских нефтегазоносных бассейнов (НГБ).

Эффективность поисков залежей нефти и газа на акваториях может быть существенно повышена в результате использования прогрессивных теоретических основ и технологий морских геохимических методов прогнозирования и поисков нефти и газа (ГТТНГ). Это доказано практикой работ, выполненных в России и за рубежом. Особенно актуально их применение в малоизученных, труднодоступных и экстремальных условиях морских территорий, где производство традиционных нефтегазопоисковых работ сопряжено с огромными материальными затратами.

Вместе с тем, более 80% прогнозных ресурсов нефти и газа в России содержится в замерзающих морях Северного Ледовитого Океана и в северных областях Дальнего Востока, которые отличаются суровыми гидрометеорологическими и ледовыми условиями. В тоже время, как показала практика, использование здесь относительно дешевых, экспрессных и достаточно информативных прямых геофизических и геохимических методов, может привести к существенной оптимизации всего поискового процесса на нефть и газ. Однако широкое внедрение морских ГПНГ в производство сдерживается недостаточной разработанностью отдельных теоретических и методических положений. Остаются еще слабо изучены вопросы разработки и усовершенсгвования технологии производства морских ГПНГ, так как геохимические нефтегазо-поисковые исследования как правило вьшолнялись по разным методикам, с привлечением различных технических средств, по одиночным и разрозненным профилям, на разных уровнях поискового зондирования, вне комплекса ГРР на нефть и газ. Попытки принципиально изменить схему газо-геохимических исследований не дали пока желательного результата. Периоды оптимистических прогнозов и уверенности во всемогуществе ГПНГ на акваториях, сменялись годами неверия, разочарования, и даже полного забвения.

Несмотря на значительные объемы морских ГПНГ выполненных на различных акваториях комплексных работ, рассматривающих геохимические особенности морских НГБ, в целом не имеется.

Это являлось одной из причин недостаточной разработанности отдельных проблемных вопросов морских ГПНГ. К их числу относятся вопросы формирования газогеохимических полей концентраций (ГПК) в верхней зоне поискового зондирования (ЗПЗ), особенности их распределения и диагностики применительно для различных условий морей РФ. Остаются еще слабо освещенными вопросы газогеохимических критериев оценки нефтегазоносности морских НГБ, разработки стадийности и рационального комплекса геохимических методов в ГРР на нефть и газ.

Цель работы.

Целью исследований является: совершенствование научно-методических основ технологии производства ГПНГ и разработка новых видов геохимических поисков для различных условий морей РФ как основы повышения достоверности ГРР на нефть и газ на акваториях.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Установить региональные закономерности сходства и отличия в распределении природных газов в водной толще и донных осадках внутренних и окраинных морей РФ, входящих в Атлантический, Арктический и Тихоокеанский сегменты Земли.

2. Установить для арктических морей влияние глубинных источников разгрузки на формирование газо-тепловых аномалий в водной толще и возможное влияние на их солнечной активности.

3. Обосновать влияние глубинных гидротерм на формирование «сероводородного заражения» водной толщи Черного моря.

4. Разработать модели формирования геохимических полей над скоплениями УВ на акваториях.

5. На основе научно-методических исследований усовершенствовать технологию производства морских ГПНГ в верхней ЗПЗ и разработать новые виды геохимических поисков, применительно к условиям морских НГБ.

6. Обосновать оптимальный комплекс геолого-геохимических критериев диагностики природы газогеохимических полей концентраций.

7. Разработать типовую стадийность морских ГПНГ, провести районирование акваторий по условиям применения морских геохимических методов, осуществить прогноз их неф-тегазносности, обосновать рекомендации по дальнейшему освоению территорий.

Научная новизна работы.

Установлены закономерности в зональном распределении природных газов в водной толще и донных осадках акваторий, обусловленные зависимостью их содержаний от природных условий регионов, расположенных в различных структурно-тектонических зонах РФ. Проведена их типизация по закономерностям распределения газовых компонентов в вертикальном разрезе водной толщи. При этом были выделены:

— южный тип (черноморский), характеризующийся анаэробными гидрохимическими условиями и влиянием на придонные воды глубинных флюидов Земли;

— тихоокеанский тип, связанный с гидродинамической циркуляцией водных масс- -арктический, обусловленный климатическими и гидрологическими факторами. в Впервые для арктических акваторий установлено, что над зонами разгрузки газовых флюидов в водной толще формируются квазистационарные «тепловые окна» в виде локальных «факелов» рассеивания, обусловленные глубинной дегазацией Земли. Обосновано возможное воздействие солнечной активности на энергетику арктических «тепловых окон». Наиболее интенсивно «тепловые окна» раскрываются в периоды: окончания полярной ночи в феврале и окончания полярного дня в июле, что согласуется с данными А. И. Рябинина, В. Н. Кравца (1989) о влияние солнечной активности на геофизические, геохимические и биологические поля в Черном море.

Обосновано влияние глубинных гидротерм на формирование «сероводородного заражения» водной толщи Черного моря, на основе натурных измерений газового состава подземных сульфидных вод из прибрежных естественных очагов разгрузки Черноморского побережья Кавказа.

Разработаны модели формирования аномальных ГПК над, морскими месторождениями нефти и газа, отражающие процессы субвертикальной миграции природных газов по кольцевым зонам неотектонических напряжений, расположенных в периферийных частях продуктивных структур, их аккумуляцию в донных осадках и придонных водах, их консервацию, обусловленную экранирующим воздействием водной толщи, что показывает целесообразность применения ГПНГ на акваториях. я Па основе научно-методических исследований усовершенствована технология производства морских ГПНГ по водной толще и донным отложениям, применительно к условлям морских НГБ, а также разработаны новые виды геохимических съемок для мелководных регионов по покровному льду и методом водолазного пробоотбора со льда. Разработана морфогенетическая классификация геохимических аномалий, имеющих нефтегазопоисковое значениевыделено пять морфогенотипов аномальных ГПК: -сводово-кольцевой, связанный с антиклинальными структурами;

— линейно-приразломный, приуроченный к тектоническим нарушениям;

— мозаично-моноклинальный, контролируемый выклиниванием нефтегазоносных комплексов;

— сводовыйнаблюдаемый над куполами локальных поднятий- -фумарольный — отмечаемый над субаквальными газовыми источниками.

Практическая ценность работы.

К числу новых практических достижений следует считать усовершенствование и внедрение технологии производства морских ГПНГ в верхней ЗПЗ, включающей: региональные нефтегазопоисковые исследования акваторий методом гидрогазосъемки в комплексе с сейсморазведочными работами, и детальное изучение локальных площадей методом донного газогеохимического опробования при производстве инженерно-геологических изысканий на стадии подготовки площадей к глубокому поисковому бурению. Кроме того, разработаны и опробованы технологии новых более рациональных видов съемок и исследований (по донным станциям и керну морских скважин при производстве инженерно-геологических изысканий и геологического картирования шельфа).

Обоснован комплекс геолого-геохимических критериев диагностики природы аномальных ГПК верхней ЗПЗ для различных продуктивных площадей и типов разрезов морей РФ, включающих:

— пространственную непрерывность УВ аномалий в разрезе;

— расширенный спектр гомологов метана (до пентана включительно);

— преобладание предельных УВ над непредельными УВ;

— закономерное увеличение содержаний тяжелых углеводородов (ТУ) вниз по разрезу;

— отсутствие корреляции между УВГ и органическим веществом (ОВ), УВГ и литологи-ческим типом осадков;

— повышенные значения УВГ и температуры в водной толще;

— пространственное совпадение аномальных геохимических и геофизических полей.

Впервые для водной толщи морских НГБ обосновываются наиболее информативные горизонты поискового зондирования (ГПЗ): приповерхностный, расположенный ниже зоны термоклина и скачка концентраций СН4 и придонный, обусловленный влиянием глубинного газового дыхания литосферы. Определено воздействие природных факторов на пространственное расположение аномальных ГПК в водной толще и донных осадках. Установлены оптимальные сроки проведения гидрогазосъемочных работ в арктическом регионе.

Обоснована стадийность ГПНГ для акваторий, где геохимические нефтегазопоис-ковые исследования рассматриваются как единый технологический процесс, проводящийся в сочетании с геофизическими работами и согласующийся с ГРР на нефть и газпроведено районирование акваторий по условиям применения геохимических методовосуществлен прогноз их нефтегазоносности, разработаны рекомендации по дальнейшему освоению территорий.

Фактический материал и личный вклад.

В основу диссертации положены материалы морских геологических и геохимических исследований, проводимых при непосредственном участии и руководстве автора, в пределах Охотского, Японского, Берингова морей (1972;1979 г. г.), Баренцева, Печорского, Карского морей (1980;1989 г. г.), Черного, Азовского и Каспийского морей (1990;2000 г. г.), в соответствии с задачами НПО «Южморгеолопия», НПО «Дальморгеология», ВМНПО «Союзморгео», ПГО «Севкав-геология».

Автор являлся инициатором внедрения морских ГПНГ в ГРР на арктических акваториях. В рейсах на научно-исследовательских судах: «Ильменит», «Морион», «Мирный», «Пуланга», «Витязь», «Аквамарин», «Академик Архангельский» и др. было отобрано и проанализировано огромное количество проб и получен большой объем геолого-геохимической информации. С целью изучения геохимических характеристик донных отложений различных акваторий привлекались результаты тер могазохромотограф и и (JI.C. Кондратов), химико-битуминологических исследований (М.А. Павлова), микробиологических анализов (С.В. Барышева), обработка геолого-геохимической информации осуществлялась в ВНИИгеосистем (В.А. Ванюшин, В.А. Сиротток), Севморгеофизразведка (В.В.Кругляков).

При написании отдельных глав диссертации, кроме собственных геохимических исследований, использован фактический материал: Дальморгеофизразведка", НПО «Дальморгеология», НПО «Южморгеология», НПО «Севморгеофизразведка». Учтены также опубликованные работы других исследователей.

Апробация работы.

Основные положения диссертации изложены в 30 опубликованной работе Основные положения диссертации докладывались на Международных, Всесоюзных и региональных совещаниях, конференциях, симпозиумах и семинарах: на Всесоюзном межведомственном совещании «Прямые поиски месторождений нефти и газа на акваториях» (г. Москва, 1984) — на Всесоюзном межведомственном совещании «Комплексное освоение нефтегазовых ресурсов континентального шельфа СССР» (г. Москва, 1986) — XIII, XIV конференциях молодых ученых и аспирантов МГУ (г. Москва, 1986,1987) — на V и VI конференциях молодых ученых КФАНСССР (г. Апатиты, 1986, 1987) — на Всесоюзной конференции по проблемам геоэкологии морских побережий Северного Кавказа (г. Сочи, 1990) — на Международной конференции «Новые идеи в геологии и геохимии нефти и газа» (г.Москва, МГУ,), на II — Международной конференции «Морская геофизика 2001; 2002» (г.Геленджик, 2001) и других.

Многие теоретические и методические положения, изложенные в диссертационной работе, использовались автором при чтении лекций и проведении практических занятий в СевероКавказском экологическом колледже.

Объем работы.

Диссертация состоит из введения, 10 глав и заключения. Общий объем текста 327 страниц, 81 рисунков, 21 таблиц и приложений.

Список литературы

включает 198 наименований.

Заключение

.

Проведенные научные исследования по теме диссертации позволили решить ряд важных научно-методических вопросов по совершенствованию технологии применения морских ГПНГ, установлению нефтегазопоисковых критериев для различных морей РФ и оценки их нефтегазоносности, по районированию территории по условиям производства ГПНГ, а также выдать рекомендации по освоению выделенных объектов.

Полученные при этом результаты позволили сформулировать следующие основные положения:

1. Выявлены основные региональные закономерности в зональном распределении природных газов в гидросфере рассматриваемых морей, обусловленные зависимостью их содержаний от природных условий регионов, расположенных в различных структурно-тектонических зонах РФ. Проведена их типизация по закономерностям распределения газовых компонентов в вертикальном разрезе водной толщи.

При этом были выделены: южный тип, характеризующийся анаэробными гидрохимическими условиями и влиянием на придонные воды глубинных флюидов Земли;

• тихоокеанский тип, связанный с гидродинамической зональностью водных массарктический, обусловленный климатическими и гидрологическими факторами.

2. Впервые для водной толщи акваторий установлено наличие квазистационарных «тепловых окон», позволяющих проследить миграционный газотепловой поток через всю толщу морской воды и оценить влияние на нею сезонных факторов. Обосновано возможное воздействие солнечной активности на энергетику арктических «тепловых окон». Наиболее интенсивно «тепловые окна» раскрываются в периоды: окончания полярной ночи в феврале и окончания полярного дня в июле.

3. Обосновано влияние глубинных гидротерм на формирование «сероводородного заражения» водной толщи Черного моря, на основе натурных измерений газового состава подземных сульфидных вод из прибрежных естественных очагов разгрузки Черноморского побережья Кавказа.

4. Разработаны модели формирования аномальных ГПК над месторождениями нефти и газа, отражающие процессы фильтрационного массопереноса УВГ по кольцевым субвертикальным зонам неотектонических напряжений, расположенных в периферийных частях продуктивных структураккумуляцию мигрирующих УВГ в донных отложениях, их сохранность, обусловленную экранирующим воздействием водной толщи.

5. Впервые разработаны научно — методические основы технологии использования морских ГПНГ по покровному льду мелководных морей, заключающиеся в том, что в подошве льда (на границы раздела водалед) формируются аномальные ГПК, связанные с субвертикальным массопереносом УВ флюидов из недр.

6. Разработана морфогенетическая классификация аномальных ГПК (для шельфовых зон), имеющих нефтегазопоисковое значениевыделено 5 морфогенотипов аномалий: сводово-кольцевой. связанный с продуктивными антиклинальными структурами, линейно-приразломный. приуроченный к тектоническим нарушениям, мозаично-моноклинальный, контролируемый выклиниванием нефтегазоносных комплексов, сводовый, связанный с локальными поднятиями и фумарольный, контролируемый субаквальными очагами разгрузки подводных газовых и газоводных источников различного типа.

7. Обоснован комплекс геолого-геохимических критериев диагностики природы аномальных ГПК для различных продуктивных площадей морей РФ, включающий: пространственную непрерывность УВ аномалий по разрезу и их регистрацию па разных уровнях ГПЗрасширенный спектр гомологов метана до пентана включительнопреобладание предельных УВ над непредельными УВа закономерное увеличение содержаний ТУ вниз по разрезуотсутствие корреляции между УВГ и ОВ, УВГ и литологическим типом осадковповышенные значения УВГ в водной толщеповышенные значения температуры морской водыпространственное совпадение аномальных геохимических и геофизических полей.

8. Доказано, что водная толща акваторий является информативным объектом геохимического нефтегазопоискового зондирования. Определено воздействие гидродинамических природных факторов на пространственное расположение аномальных ГПК в водной толще. Установлены оптимальные сроки проведения гидрогазосъемочных работ (февраль, март, июнь, июль, август).

9. Обоснована актуальность применения морских ГПНГ в слабоизученных районах с малыми и предельно малыми глубинами моря, где традиционные геолого-геофизические поисковые методы малоэффективны, а практический интерес огромен, так как на долю мелководных акваторий России приходится около 800 тыс. км2.

10. Обоснована стадийность морских ГПНГ для арктического шельфа, где нефтегазопоисковые исследования рассматриваются как единый трехэтапный технологический процесс, проводящийся одновременно (на одном судне) и в сочетании с другими геолого геофизическими методами. Рекомендуемый комплекс морских ГПНГ подразделяется на следующие этапы: региональный, поисковый и разведочный.

Проведено районирование акватории по условиям, применения геохиминеских. методовг осуществлен прогноз их нефтегазоносности по комплексу геохимических и геофизических исследованийвыданы рекомендации по дальнейшему освоению территорий.

К наиболее перспективным районам в пределах акваторий отнесены: экваториальное продолжение Печорской синеклизы, Лудловская седловина, а также районы расположения Сульменовской, Гусиноземельской и др. структурных зон (Баренцево море) — Скуратовский мегавал, Русаковский вал, Северо-Ямальский мегавал, Пахтусовский вал, а также локальные поднятия: Кропоткина, Матусевича, Викуловское, Татарникова (Карское море) — Сахалинский шельф, Северо-Охотский шельф и Запэдно-Камчатский шельф (Охотское море) и другие.

В заключении следует отметить, что разработанная и усовершенствованная технология морских ГПНГ не исчерпывается привлеченными методами исследований, приведенных в настоящей работе и может быть существенно дополнена развивающимися и многообещающими методами газогеохимический исследований адсорбированных газов, разработанными коллективом различных лабораторий ВНИГеосистем (И. С. Старобинцем, Л. С. Кондратовым, В. С. Лебедевым, В. И. Ручновым, Л. М. Зорькиным, Е. В. Стадником и да.), биогеохимическими методами исследований элементного состава морской донной фауны и флоры, а также методами эманационного зондирования морского дна Кроме того (из-за обширности имеющегося материала) в работе не нашли должное отражение проблемные вопросы поисков и разведки газогидратных скоплений, которые будут освещены в дальнейших работах автора, так как в будующем поиски газогидратных скоплений УВ будут являться одним из приорететных направлений применения морских I ИНГ на морях РФ.

В работе защищаются следующие положения:

Закономерности распределения природных газов в водной толще и донных осадках различных акваториях РФ, входящих в Арктический, Тихоокеанский и Атлантический сегменты Земли, включающих: южный тип (черноморский), характеризующийся анаэробными гидрохимическими условиями и влиянием на придонные воды глубинных флюидов Земли, тихоокеанский тип, связанный с гидродинамической циркуляцией водных масс и арктический, обусловленный климатическими и гидрологическими факторами.

Закономерности распределения квазистационарных «тепловых окон» в водной толще арктических морей, обусловленные глубинной дегазацией Земли, а также возможное воздействие солнечной активности на энергетику арктических «тепловых окон».

Влияние глубинных гидротерм на формирование «сероводородного заражения» водной толщи Черного моря, на основе натурных измерений газового состава подземных сульфидных вод из прибрежных естественных очагов разгрузки Черноморского побережья Кавказа.

— Модели формирования геохимических полей над скоплениями УВ на акваториях и морфогенетическая классификация геохимических аномалий для шельфовых зон, включающая пять типов аномальных ГПК.

Комплекс геолого-геохимических критериев диагностики аномальных ГПК, установленных на эталонных продуктивных и «пустых» площадях различных морей РФ.

На основе научно-методических исследований усовершенствованная технология производства морских ГПНГ применительно к условиям морских НГБ. и реализованная в производство ГРР, выполненное районирование условий их проведения и оценка перспектив нефтегазоносносги различных акваторий РФ, рекомендации по дальнейшему освоению территорий.

Стадийность морских ГПНГ, обоснованная как единый технологический процесс, проводящийся в сочетании с геолого-геофизическими исследованиями и согласующийся с проведением ГРР на нефть и газ.