Введение к работе
Актуальность проблемы
В настоящее время все большее внимание уделяется поискам углеводородного сырья в морских условиях. Это связано с истощением нефтегазовых ресурсов на суше, удорожанием разведочных и эксплуатационных работ в связи с поиском залежей на более глубоких горизонтах - 5-7 км. Поэтому затраты на геологоразведочные работы на суше приближаются по объему к их стоимости на море.
Основным критерием для выбора места бурения является геофизический прогноз. Но до сих пор даже в хорошо изученных районах до 50 % морских скважин залежь не вскрывают в связи с тем, что геофизические характеристики отражают суммарный эффект физических параметров переслаивающихся пород и интерпретация их часто не однозначна. Например, прямые эффекты отрицательных отражений, сейсмические амплитудные аномалии возникают как при низком, так и высоком газонасыщении песчаных слоев, также в угольных пластах. Отличить газоносный пласт от угольного можно только по структурным признакам. Газоводяной же контакт на сейсмических профилях выглядит как кажущееся выклинивание горизонта в плане. Геофизическая картина усложняется в районе распространения газогидратов, зон свободной миграции газа.
В связи с этим для повышения достоверности интерпретации геофизических полей, прогноза нефтегазовых залежей требуется дополнительная информация, другой метод, позволяющий определять новые параметры, которые в комплексе с геофизическими, могут повысить эффективность поисков. Таким методом является изучение газогеохимических полей воды и донных осадков морских акваторий, формирование которых связано с потоком вещества, проникающего из недр к поверхности. Наличие в недрах залежей нефти и газа фиксируется в морской воде и донных осадках в виде газогеохимических аномалий, знание которых позволяет значительно повысить достоверность прогноза месторождений нефти и газа.
Цель работы
Основная цель работы заключается в повышении достоверности
прогноза и поиска нефтегазовых залежей в морских акваториях, что
основано на выявлении закономерностей формирования
газогеохимических полей в них и использования их как фундаментальной базы для разработки газогеохимических критериев прогноза и поиска месторождений нефти и газа и геологического картирования в морских условиях.
Основные задачи диссертационной работы:
1. Разработать методику газогеохимических исследований,
направленную на решение поставленной цели,
2. Определить характер изменения газогеохимических параметров в
водной толще и донных отложениях в вертикальном разрезе на морских
акваториях.
-
Выделить в них информативный газогеохимический горизонт, формирование геохимических полей в котором было бы наиболее полно связано с поступлением газо-жидких флюидов из недр.
-
Оценить степень вклада биогенной, термогенной, вулканогенной составляющих на формирование нормальных (фоновых) и аномальных полей.
5. Выяснить механизм формирования аномальных
газогеохимических полей в зависимости от геоструктурных условий
нефтегазовых месторождений.
6. Выявить влияние зон разломов и активной вулканической
деятельности на формирование газогеохимических полей.
7. Осуществить районирование изученных акваторий по
перспективам поиска на них нефтегазовых залежей.
Научная новизна
1. В дальневосточных морях выделен и научно обоснован
информативный газогеохимический горизонт - придонная вода,
концентрация газов в котором связана с поступлением их из глубоких
горизонтов земных недр.
2. В донны^осадках выделен газогеохимический барьер, который в
дальневосточных морях распространяется на глубине около 30-50 см от
поверхности донных отложений и, возможно, совпадает с границей
окисленных и восстановленных осадков. Ниже этой границы
концентрация биогенного метана в осадках может превышать на
несколько порядков его возможный подток из недр. В связи с этим отбор
геохимических проб ниже этой границы с целью поиска нефтегазовых
залежей не рекомендуется.
3. Установлена закономерная связь формирования нормальных
(фоновых) газогеохимических полей в информативном газогеохимическом
горизонте с суммарным вкладом биогенной, термогенной, вулканогенной
составляющих. В связи с этим наблюдается повышение фоновых полей
метана при увеличении мощности осадочных отложений.
4. Установлена зависимость морфологии аномального
газогеохимического поля от состава флюида нефтегазовой залежи и в
особенности геологического строения месторождения.
5. Установлена прямая связь повышения количества углеводородных
газов в воде и донных отложениях районов активной вулканической
деятельности в зависимости от мощности сопряженных с ними осадочных отложений.
-
На основе выявленных закономерностей распределения газогеохимических полей в информативном газогеохимическом горизонте сделан прогноз нефтегазоносности в Охотском, Японском, Восточно-Китайском, Филиппинском, Южно-Китайском морях.
-
Определена прямая зависимость увеличения аутогенных карбонатных, сульфидных минералов в донных отложениях дальневосточных морей от количества содержания в них углеводородных газов. Оценены корреляционные связи газовых и гидрохимических параметров.
Основные защищаемые положения
1. Установлены и научно обоснованы закономерности
формирования газогеохимического режима водной толщи и донных
отложений морских акваторий. Выделен информативный
газогеохимический горизонт - придонная вода, формирование
газогеохимических полей в котором связано с поступлением газовой
составляющей из недр.
На этом горизонте оценены:
степень вклада биогенной, термогенной, вулканогенной составляющих при формировании суммарного (фонового) газогеохимического поля;
геолого-историческая связь аномальных газогеохимических полей с нефтегазовыми залежами, зонами активных разломов, вулканических очагов.
-
Выделен и научно обоснован верхний интервал донных отложений (0.0-0.5 м) как возможный газогеохимический информативный горизонт, что связано с граничными условиями физико-химических процессов и сульфатредукции в них.
-
Установлена пространственно-генетическая связь углеводородной составляющей придонной воды и донных отложений акваторий в районах активного вулканизма с мощностью сопряженных с ними осадочных отложений.
4. Установлено изменение физических, геохимических,
минералогических характеристик в донных отложениях морских
акваторий, взаимосвязанных с аномальным потоком через них
углеводородных газов.
5. Разработана методика прогноза и поиска нефтегазовых залежей в
морских условиях по газогеохимическим критериям. Выполнено
районирование акваторий Охотского, Японского, Филиппинского,
Восточно-Китайского, Южно-Китайского морей по степени
перспективности поиска на них месторождений гефти и газа.
6. Установлена общая закономерность распределения метана в
толще морской воды, которую можно принять как нормальное (фоновое)
распределение. Отклонение от этой закономерности в распределении метана обусловлено поступлением (потоком) его из недр. Эти данные можно использовать для расчета потока метана из океана в атмосферу.
7. Разработано и изготовлено устройство для одновременного отбора газогеохимических проб придонной воды и донных осадков. Его использование позволяет рассчитывать объем газового потока по изменению градиента концентраций газов.
Практическая ценность работы
На основе выявленных закономерностей и разработанных критериев поиска нефтегазовых залежей сделан прогноз нефтегазоносности в ряде районов Охотского, Японского, Филиппинского, Восточно-Китайского, Южно-Китайского морей. Осуществлено районирование этих территорий по степени перспективности поиска на них нефти и газа. На акваториях прослежены некоторые зоны разломов, оценена их современная активность.
Рекомендации по поиску нефтегазовых залежей переданы ПО "Сахалинморнефтегаз", КНДР, ДРВ, Тайвань, Южная Корея. На основе результатов научных исследоваий составлены программы прогноза землетрясений, гидрогеологического, экологического мониторингов, учебные программы курса газогеохимии. Этот курс был прочитан в Национальном Тайваньском университете диссертантом в 1993-1994 гг.
Реализация результатов работ
Результаты работ вошли в научно-производственные ежегодные отчеты по теме: "Оценка перспектив нефтегазоносности Охотского и Японского морей по газогеохимическим критериям", которые переданы заказчику ПО "Сахалинморнефтегаз" на основе хозяйственного договора. Газогеохимические данные внедрены в практику геологоразведочных работ Дальневосточного морского управления разведочного бурения (подтверждено актами внедрения 1984-1990 гг.) и треста ' "Дальморнефтегазгеофизразведка" (результаты использованы при интерпретации геофизических данных).
Результаты газогеохимических исследований, выполненных в морских российских и международных экспедициях вошли в научные отчеты по этим экспедициям (17 отчетов) и отчеты по российским и международным программам ("Акванефть", "Вестпак" "Газогеохимические критерии прогноза нефтегазоносности в АТР ", "KEEP-WOCE"- Taiwan, "Positiv"- GEOMAR, Kiel).
Апробация работы
Основные положения работы докладывались на Международных, Всесоюзных и региональных совещаниях и конференциях: II Всесоюзный съезд океанологов "Физика и химия океана" (Севастополь, 1982), IY
Всесоюзной конференции "Проблемы научных исследований в области изучения и освоения Мирового океана" (Владивосток, 1983), І-Ш Тихоокеанские школы по морской геологии и геофизике "Тихий океан. Геология, геофизика, геохимия и минеральные ресурсы" (Владивосток, 1983, 1989, Ю.-Сахалинск 1985), " Биогеохимия приконтинентальных районов океана" (Нальчик, 1984), "Дегазация земли и геотектоника" (Москва, 1985), "Геолого-геофизическое картирование Тихого океана" (Ю-Сахалинск, 1989), Positiv"(Kiel, 1993), "KEEP-WOCE" (Taiwan, 1994) и др.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 57 работ, в т.ч. 2 авторских монографии и 2 в соавторстве. Получено 1 авторское свидетельство на "способ поисков нефти и газа в морских условиях".
Фактический материал и личный вклад
Научные положения и выводы, сформулированные в диссертации, базируются на большом объеме фактического материала по изучению газовой составляющей, гидрохимических параметров водной толщи, минералогических, газовых определений донных отложений. Газогеохимические исследования были активно начаты с 1977 года, когда автор сначала организовал группу газогеохимии в лаборатории минералообразования Тихоокеанского океанологического института ДВО РАН, а затем с 1979 года лабораторию газогеохимии. В настоящее время под руководством автора лаборатория активно проводит научные исследования, направленные на изучение газогеохимических полей как в морских условиях, так и на суше и вьшснение взаимокорреляции между аутигенным минералообразованием и газовыми потоками. Автором и под его руководством выполнено 17 морских экспедиций, отобрано около 5000 проб морской воды и донных осадков, выполнено более 15 000 газовых и около 300 гидрохимических, геохимических, минералогических определений. Методика экспедиционных газогеохимических исследований разработаны и внедрены лично автором. Выполнен межлабораторный контроль результатов анализов как на отечественных хроматографах, так и зарубежных фирм. Около 70 % объема отобранных проб и анализов выполнено лично автором, 100 % объема всех отчетов (20 отчетов) написаны автором с участием сотрудников лаборатории.
Выявленные закономерности по формированию нормальных и аномальных геохимических полей достаточно аргументированы, благодаря проведению исследований в различных районах Мирового океана с определенными геологическими условиями и сопоставление результатов работ автора с другими исследованиями. Рекомендации, сделанные по прогнозу и поиску нефтегазовых месторождений, подтверждены нефтегазопоисковым бурением. Отрицательный геохимический прогноз был проверен нефтегазопоисковым бурением на 3-
х структурах. Прогноз подтвердился на 100 %. Положительный прогноз был проверен бурением на 7-й структурах. Прогноз подтвердился на 85 %.
Объем и структура работы
Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы (175 наименований работ отечественных и зарубежных авторов), содержит 217 страниц, 67 текстовых графических приложений, 11 таблиц.
Автор благодарен коллегам институтов ВНИИгеосистем, Океанологии - А.В. Петухову, Л.М. Зорькину, Е.В. Стаднику, И.С. Старобинцу, С.Л. Зубайраеву, B.C. Лебедеву, В.Я. Троцюку, И.В. Авилову, В.П. Исаеву и др. - за доброжелательное участие в дискуссиях, анализе газогеохимических материалов и помощь в их представлении. Автор скорбит вместе со всеми в связи с безвременной кончиной А.В. Петухова - друга и учителя, и надеется, что представленная работа является продолжением газогеохимического направления, развиваемого им. Автор говорит спасибо сотрудникам лаборатории газогеохимии ТОЙ ДВО РАН, которые делили с ним и тяготы и успехи экспедиционных работ и поддерживали его в осуществлении газогеохимических идей.