Геологическая характеристика подмерзлотного газогидратного резервуара на Притаймырском шельфе Карского моря (Восточная Арктика, Россия)

Полный текст

ВВЕДЕНИЕ

Газовые гидраты – льдоподобные соединения молекул газа и воды, образующиеся под действием ван-дер-ваальсовых сил в условиях относительно высоких давлений и низких температур. В природных обстановках самым распространенным газом-гидратообразователем является метан. В одном объеме гидрата метана может содержаться до 164 объемов газа, что объясняет интерес к газовым гидратам как к топливу будущего (первые эксперименты уже осуществлены) [44, 55]. С другой стороны, в связи со способностью газовых гидратов содержать в компактной форме значительные количества метана, предполагается, что газовые гидраты разлагаясь могут вносить свой вклад в глобальное потепление климата [53, 63]. С позиции фундаментальной науки газовые гидраты являются одним из компонентов океанического литогенеза и глобального цикла углерода на Земле.

Образование субмаринных газовых гидратов в большинстве случаев приурочено к обстановкам, где есть миграция свободного или водорастворенного газа в зону стабильности газовых гидратов. Условия стабильности газовых гидратов различного состава описываются экспериментальными равновесными кривыми в P‒T осях. В субмаринных условиях параметр давления подменяется давлением столба воды (глубиной моря), а температура ‒ геотермическим градиентом, описывающим поступление тепла из недр (рис. 1).

 

Рис. 1. Диаграмма равновесных условий стабильности гидратообразования (температура, давление) для определения зоны стабильности гидрата метана, обусловленной субаквальной реликтовой мерзлотой.

 

Даже незначительные изменения термобарических условий могут изменить параметры зоны стабильности газовых гидратов (ЗСГГ) и привести к разложению твердых газовых гидратов на газ и воду и вызвать разгрузку газа на морском дне.

Особенностью мелководных арктических шельфов является формирование газовых гидратов по криогенетической модели, которая связывает образование скоплений газовых гидратов с субмаринной мерзлотой [6] (см. рис. 1).

Активизация восходящих тектонических движений на шельфе арктических морей в позднем кайнозое обусловила колебания уровня моря, следствием чего явились неоднократные смены регрессивных и трансгрессивных циклов. В истории развития криолитозоны Западноарктического шельфа и палеошельфа можно выделить три основных этапа [15, 17, 23, 30, 31, 35]:

• плейстоценовые трансгрессии;
• позднеплейстоценовые (предголоценовые) регрессии;
• позднеплейстоцен‒голоценовые трансгрессии.

Первый этап плейстоценовых трансгрессий, охватывающий время с эоплейстоцена до второй половины позднего плейстоцена, характеризовался преимущественно неблагоприятными для формирования субмаринной мерзлой зоны условиями из-за обширных трансгрессий. В западном секторе Арктики морские воды проникали далеко на юг.

Второй этап позднеплейстоценовых (предголоценовых) регрессий был оптимальным для глубокого промерзания практически всего современного шельфа. Обнаженные в процессе отступления моря участки шельфа, подверглись субаэральному промерзанию. В ходе формирования мерзлоты, существующие залежи газа могли трансформироваться в скопления газовых гидратов [6, 31, 42].

Третий завершающий этап позднеплейстоцен‒голоценовых трансгрессий, который начался приблизительно 19‒18 тыс. лет назад, характеризовался постепенной сменой субаэральной обстановки на субаквальную. Термоабразия и деградация мерзлой зоны были важнейшими сопутствующими трансгрессии процессами. В ходе голоценовой трансгрессии, связанной с быстрым эвстатическим подъемом уровня Мирового океана, который в интервале времени от 19‒18 до 7‒5 тыс. лет назад проходил со средней скоростью около 0.6 см/год, абразией и термоабразией была переработана значительная толща сформировавшихся ранее отложений различного генезиса и возраста, переведены в субаквальное положение мерзлые породы, образованные при субаэральном промерзании. Таким образом, возникла обстановка, благоприятная для сохранения реликтов подводной мерзлоты, с которыми и связано формирование условий стабильности для криогенных газовых гидратов в настоящее время.

Наличие реликтов подводной мерзлоты (РПМ) в морских отложениях понижает положение нулевой изотермы, что обуславливает распространение отрицательных температур на более глубокие горизонты поддонного разреза и, соответственно, формирование зоны стабильности криогенных газовых гидратов. Таким образом, пониженные температуры благодаря наличию реликтов подводной мерзлоты позволяют газогидратам оставаться стабильными на суше и арктическом мелководье, а мощность зоны стабильности газовых гидратов здесь напрямую зависит от толщины вышележащего слоя вечной мерзлоты [64].

Данные каротажа, сейсморазведки и бурения скоплений газовых гидратов в дельте Маккензи и на Северном склоне Аляски показывают, что гидраты газа, связанные с вечной мерзлотой, приурочены, в основном, к высокопроницаемым горизонтам под зоной реликтов подводной мерзлоты (подмерзлотные скопления), реже – к нижней части зоны (внутримерзлотные скопления) [41, 42].

Подводная мерзлота на шельфе Карского моря довольно хорошо изучена бурением, а также сейсмоакустическим профилированием [16, 20‒26, 61, 62]. Однако все подобные изыскания сконцентрированы в юго-западной части акватории.

По данным численного моделирования опубликовано большое количество недавних прогнозов площадного распространения подводной мерзлоты на шельфе Карского моря [39, 47, 57, 60]. В работе [57] прогнозировалась также ЗСГГ. Однако ни в одной из опубликованных работ не имеется данных о положении кровли мерзлых отложений и кровли ЗСГГ. Хотя именно положение границ подводной мерзлоты и зоны стабильности имеет принципиально важное значение при характеристике резервуара криогенных гидратов газа.

На Евразийском арктическом шельфе криогенные скопления газовых гидратов неизвестны, хотя он и является самым обширным с широким распространением подводной мерзлоты. Изучения газогидратных резервуаров с выделением локальных потенциально газогидратоносных структур, связанных с мерзлотой, на шельфе арктических морей России ранее не проводилось. Северо-Карский шельф в отношении мерзлоты все еще слабо изучен с низкой надежностью имеющихся данных по реликтам подводной мерзлоты.

Газогидратоносность этого региона не подтверждена геолого-геофизическими работами и ранее оценивалась в рамках глобальных прогнозов на основе термобарических или палеоклиматических и мерзлотно-геотермических условий [57, 60]. Однако наличие на определенных глубинах условий стабильности газогидратов не означает, что они сформировались в осадочном чехле. Для более обоснованного прогноза необходим анализ геологического строения в общем (региональном) плане с точки зрения перспектив нефтегазоносности и рассмотрение таких элементов нефтегазоносных систем, как коллекторы и флюдопроводники, а также ловушки, купольная тектоника.

Таким образом, газогидратный резервуар включает зоны:

• стабильности газогидратов;
• сохранения реликтов подводной мерзлоты;
• развития мощных осадочных толщ, обладающих высокими газо-генерационными, емкостными и фильтрационными свойствами в той части осадочного разреза, который входит в зону стабильности газогидратов.

Зоны стабильности газогидратов и сохранения реликтов подводной мерзлоты генетически связаны. Газогидратные резервуары имеют ряд отличий от резервуаров традиционных углеводородов – природных тел, состоящих из пород-коллекторов, частично или со всех сторон ограниченных относительно непроницаемыми породами и являющимися естественными вместилищами для нефти, газа и воды.

Ввиду специфических термобарических и флюидо-динамических условий образования газовых гидратов газогидратный резервуар не только не подразумевает наличие непроницаемых покрышек, но и напротив, характеризуется наличием флюдопроводящих зон (в большинстве случаев – субвертикальных). Морфология углеводородного резервуара обычно определяется соотношением в разрезе и по площади пород-коллекторов с вмещающими их слабопроницаемыми породами, препятствующими рассеиванию углеводородных флюидов и способствующими формированию залежей.

Для газогидратного резервуара, напротив, большое значение, помимо хороших коллекторских свойств и наличия достаточного количества газа в поровом пространстве, имеют наличие достаточного количества реакционноспособной воды и термобарические условия. Роль флюидоупора, применительно к резервуару газовых гидратов, играет зона стабильности газовых гидратов – та часть литосферы, где гидраты углеводородных газов могут образовываться и находиться в стабильном состоянии длительное время. Таким образом, газогидратный резервуар ограничивается не вещественными (или материальными) границами, в качестве которых в традиционном нефтегазовом резервуаре выступают покрышки, но физическими, температурными и химическими полями и также флюидо-динамическими условиями, обеспечивающими восходящую фильтрацию гидратообразующих газа и воды через зону стабильности.

Отличием является и тот факт, что при наличии плохо проницаемых горизонтов ниже ЗСГГ, образования гидратов в недрах происходить не будет из-за отсутствия количества газа, достаточного для перенасыщения им поровых растворов. Кроме этого, образование газогидратов, хотя и контролируется гранулометрическим составом вмещающих их отложений, что наиболее благоприятно в отложениях с хорошими коллекторскими свойствами, может происходить и в тонкозернистых глинистых отложениях, не являющихся коллекторами.

Составными частями резервуара криогенных газогидратов, помимо ЗСГГ, толщи реликтов подводной мерзлоты, а также флюдопроводников, являются ловушки углеводородов, часть объема которых аккумулировалась в скопления газовых гидратов, в ходе субаэрального промерзания осадочных толщ либо после промерзания. В любом случае, газогидратный резервуар приурочен к верхнему структурному этажу, который традиционно не рассматривается в качестве нефтегазоперспективного.

Актуальность прогнозирования, выявления и изучения криогенных скоплений газовых гидратов на арктическом шельфе и характеристики газогидратного резервуара обусловлена не только значительным ресурсным потенциалом газовых гидратов и их вкладом в глобальные климатические изменения. Их изучение важно также для понимания морфологии газогидратного резервуара, поскольку ранее криогенные скопления на Евразийском шельфе не только не были обнаружены, но и не прогнозировались.

Целью настоящей статьи является прогнозирование газогидратного резервуара, связанного с реликтами подводной мерзлоты на Притаймырском шельфе Карского моря на основе математического моделирования подводной криолитозоны и зоны стабильности газовых гидратов, и его характеристика по данным сейсморазведки МОВ ОГТ.

ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ ОЧЕРК

Притаймырский шельф принадлежит к Северо-Карскому бассейну, рассматриваемому как отдельная тектоническая область древней стабилизации ‒ Северо-Карская плита (рис. 2).

 

Рис. 2. Положение сейсмических профилей на Притаймырском шельфе Карского моря.

Показаны профили (черным) и отрезки профилей (синим и красным).

Тектонические элементы Северо-Карского региона (по [16]) ‒ надпорядковые: I ‒ Карская плита, II ‒ Северо-Баренцевская впадина, III ‒ Пайхой-Новоземельская складчатость, IV ‒ Южно-Карская впадина, V ‒ Таймырско‒Североземельская складчатость; положительные 1-го порядка: 1 ‒ мегавал Ушакова–Визе, 2 ‒ мегавал Наливкина, 3 ‒ свод Макарова, 4 ‒ Центрально-Карский свод, 5 ‒ Северо-Сибирский мегавал; отрицательные 1-го порядка: 6 ‒ прогиб Фобос, 7 ‒ Красноармейский прогиб, 8a ‒ прогиб Уединения, 8б ‒ Присевероземельский прогиб, 9 ‒ Североземельский выступ; положительные 2-го порядка: 10 ‒ вал Албанова, 11 ‒ вал Безымянный-2, 12 ‒ поднятие Скалистое; отрицательные 2-го порядка: 13 ‒ котловина Седова; 14 ‒ прогиб Урванцева–Воронина, 15 — котловина Безымянная-3, 16 ‒ депрессия Северо-Михайловская, 17 ‒ прогиб Натальи; полузамкнутые: 18 ‒ седловина Ермолаева, 19 ‒ ступень Безымянная-1, 20 ‒ Краснофлотский мыс, 21 ‒ ступень Егиазарова, 22 ‒ седловина Меннера, 23 ‒ седловина Марковского, 24 ‒ ступень Погребицкого.

 

Она сложена преимущественно допалеозойскими и палеозойскими отложениями и тектонически связана со структурами Восточно-Сибирской платформы. На юго-востоке и востоке Северо-Карского шельфа обнажаются смятые в складки структурно-вещественные комплексы Северного Таймыра и Северной Земли, а на юго-западе и северо-западе экспонируются комплексы Новой Земли и Земли Франца-Иосифа [10] (см. рис. 2).

Здесь в качестве перспективных рассматриваются в основном отложения палеозоя, которые доминируют в составе осадочного чехла. Косвенные сведения о составе и нефтегазоносности пород получены по результатам изучения обнажений на близлежащих островах и архипелагах. Учитывая, что эта часть акватории не была до 2022 г. изучена глубоким бурением, модели геологического строения этого бассейна базировались только на геофизических материалах и геологических данных по островам и архипелагам [32].

Северо-Карский бассейн имеет достаточно мощный осадочный чехол (до 15 км [10]), в его составе выделяется пять основных прогибов, разделенных различными поднятиями (см. рис. 2):

• прогиб Присевероземельский;
• прогиб Уединения;
• прогиб Красноармейский;
• прогиб Узкий;
• прогиб Урванцева.

В бассейне выделяются четыре мегасеквенции:

• синрифтовая;
• пострифтовая;
• постинверсионная;
• региональная чехольная.

Рифтогенные впадины северо-восточной части шельфа Карского моря охарактеризованы с помощью геофизических данных. Прогибы Уединения и Длинный разделены сравнительно узкой зоной поднятий фундамента субширотного простирания. Их борта осложнены системами разломов субширотного, северо-восточного и субмеридионального направления, разбивающими фундамент на отдельные блоки, ступенчато погружающиеся к осевым частям.

Глубина залегания фундамента в прогибах 14‒16 км. Основной этап погружения сопоставлялся здесь с каледонским тектогенезом на основании данных геологических наблюдений на Северной Земле [7]. Данные о сейсмоскоростях, а также результаты сейсмостратиграфического анализа по региону позволили предполагать ранне-позднепалеозойский возраст выполняющих прогибы осадочных толщ [4].

Сейсморазведочные данные позволили охарактеризовать Северо-Карский бассейн с сейсмостратиграфических и структурно-тектонических позиций как перспективный в отношении нефтегазоносности. Здесь в отложениях различных осадочных комплексов выделяются антиклинальные, структурно-тектонические, структурно-стратиграфические, структурно-литологические, тектонически-экранированные ловушки. На основании сейсмофациального анализа перспективы нефтегазоносности этого региона связываются с рифогенными постройками и солянокупольными структурами [11].

Наличие диапиров и раннепалеозойской соляно-купольной тектоники, относящейся, вероятно, к позднему ордовику, отмечается также по северному краю Северо-Карского бассейна в прогибе Урванцева [14, 36]. На основе интерпретации сейсмических данных и бассейнового моделирования Северо-Карский бассейн отнесен к преимущественно газоносным в связи с высокой зрелостью предполагаемых ордовикско-силурийских нефтегазоматеринских отложений [5].

В отношении нефтегазогеологического районирования северная часть Карского моря представляет собой самостоятельную Северо-Карскую перспективную нефтегазоносную область (СПНГО), нефтегазоносность которой охарактеризована с использованием эталонных участков Тимано-Печорской провинции и на основе изучения островов архипелага Северная Земля с установленными там прямыми признаками силурийско‒девонских отложений [1].

На большей части Северо-Карского бассейна на временных разрезах четко фиксируется эрозионная поверхность, разделяющая палеозойские и маломощные мезозойские отложения, с которой в этом регионе связан крупный перерыв в осадконакоплении.

Исследование нефтегазоносных систем проводилось на основе профиля 130505 ОАО “Севморнефтегеофизика” (г. Мурманск, Россия) [3].

В волновом поле сейсмических разрезов северной части Карского моря ранее был выделен ряд отражающих горизонтов, четыре из которых были прослежены в осадочном чехле Северо-Карского бассейна [1, 2] (рис. 3, горизонты F, KS-1‒KS-3).

 

Рис. 3. Разрез по профилю 1305_05А (АО “Севморнефтегеофизика”, г. Мурманск, Россия) с отражающими горизонтами и возрастной привязкой сейсмокомплексов (по данным [12, 31], с изменениями и дополнениями).

Показаны разломы (линии красным). Положение профиля ‒ см. рис. 2.

 

Отражающий горизонт F соответствует поверхности акустического фундамента архей‒протерозойского возраста; горизонты KS-1, KS-2 и KS-3 расчленяют палеозой‒мезозойский осадочный чехол на ряд сейсмических комплексов.

Отражающий горизонт KS-1 – геологическая граница, прослеженная на глубинах от 11.5 км на западе до 300 м на севере и юге и выклинивающаяся к восточной и юго-восточной части акватории. Данный горизонт, возможно, маркирует кровлю силурийско‒ордовикских толщ, сформированных в ходе трансгрессии моря, отделяя терригенно-карбонатно-сульфатные комплексы мелководных и прибрежно-морских отложений от вышележащих толщ [1, 2].

Отражающий горизонт KS-2 выделяется на глубинах от 8.5 км на западе и 200 м на востоке и выклинивается к юго-востоку и северо-востоку акватории. Этот горизонт интерпретируется как внутрипермское несогласие, образованное в результате регрессии моря, глобальной смены климата в нижнепермское время и установления терригенного типа седиментации. KS2 также интерпретируют как границу между нижележащими карбонатно-сульфатными коллекторскими толщами и вышележащими терригенными породами [1, 2].

Отражающий горизонт KS3 соотносится предположительно с кровлей триасовой толщи и представляет собой эрозионный срез нижележащих терригенных отложений, который выделяется на поддонных глубинах 2500‒120 м [1, 2].

В работе [15] приведены результаты первых буровых работ, сопровождавшихся сейсморазведкой в северной части Карского моря, подтверждающие палеозой‒мезозойскую модель осадочного чехла Северо-Карского бассейна.

Синрифтовые отложения отнесены к кембрийской системе и представлены терригенными и карбонатно-терригенными коллекторами с прослоями глин. Вероятно, в интересующем нас интервале разреза это ‒ осадочная толща, ограниченная акустическим фундаментом и отражающим горизонтом KS-1, ранее датированная силуром и ордовиком.

Отложения нижней части среднего структурного этажа представлены карбонатными толщами ордовика и нижнего силура, и в верхней части ‒ терригенными коллекторами с прослоями глин. Отложения среднего структурного этажа ограничены отражающими горизонтами KS-1 и KS-3 и ранее были датированы девоном‒триасом.

Верхний структурный этаж представлен терригенным комплексом отложений триасово‒юрского возраста, который ранее был отнесен к юрской и меловой системам.

Таким образом, новые данные, полученные на основе бурения, показывают более древний возраст осадочного чехла, при этом положение элементов нефтегазоносных систем (коллекторов разного состава и флюидоупоров) относительно горизонтов KS-1, KS-2 и KS-3, вероятно, совпадает с нефтегазоносными комплексами из [1], используемыми в нашей работе.

Далее мы используем сейсмостратиграфию по [1, 2], указывая возрастные датировки со сдвигом в сторону более древнего возраста, с учетом новых данных по стратиграфическому бурению.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Численное моделирование подводной мерзлоты и зоны стабильности криогенных газовых гидратов

После перехода мерзлой толщи, сформированной в субаэральных условиях, в субаквальное положение начинается ее прогрев под воздействием глубинного потока тепла, а затем и деградация снизу. При достижении в результате деградации снизу мощности, отвечающей стационарным условиям, дальнейшее развитие реликтовой субмаринной мерзлоты во многом определяется характером гидродинамической обстановки у дна.

Таким образом, имея палеогеографический сценарий, эвстатическую кривую колебаний уровня моря, данные о глубинном тепловом потоке, океанологические данные о температурах и солености придонных вод и климатических изменений, можно на основе математического моделирования предсказать состояние реликтовой субмаринной мерзлой зоны и связанной с ней зоны стабильности газовых гидратов (ЗСГГ). Методика моделирования и картирования реликтов подводной мерзлоты и ассоциированной ЗСГГ для моря Лаптевых подробно описаны в [59].

По сравнению с работой [59], в этом исследовании методика претерпела ряд изменений. Расчет зоны стабильности газовых гидратов проводился для критического сценария, т.е. при нулевом содержании газогидратов в порах. Изменения также претерпело верхнее граничное условие, которое получило представление, схожее с работами [28, 52], как синтез палеореконструкций относительной температуры воздуха (T_r) и эвстатических колебаний уровня моря из модели [45] за 440 тыс. лет (наиболее репрезентативная часть кривой [58]) с осредненными за 30 лет (с 1992 по 2023 гг.) данными по температуре (T_bot, ^оС) и солености придонной воды (S_bot, ‰) [54], а также приземной температуры воздуха (∆T_а, ^оС) [49].

Для периодов регрессии моря (согласно эвстатической кривой), когда суша была открыта для выхолаживания, температура на верхней границе принималась равной приземной температуре воздуха, т.е. T ^t_{(z = 0)} = T_a^t, где T_a^t = T_r^t + ∆T_a^t. Для периода трансгрессии моря температура на верхней границе определялась температурой придонной воды, т.е. T ^t_{(z = 0)} = T ^t_bot.

Температура замерзания поровой воды (T_f, ^оС) представлялась как функция от придонной солености морской воды (S_bot). Соленость учитывалась только в зональной изменчивости и принималась постоянной по разрезу, поскольку нас интересовали только первые сотни–тысяча метров, в пределах которых изменение солености поровой воды незначительно [51]. Температура замерзания была представлена как функция не только солености, но и давления (глубины моря) [57]:

T_f = -0.73P ‒ 0.064S, (1)

где S – концентрация соли в морской воде (г/кг). При этом давление принималось гидростатическим:

P = ρgh, (2)

где h ‒ глубина относительно уровня моря, ρ – плотность морской воды, g – ускорение свободного падения.

В модели учитывались приращения за счет гидростатического давления для субаквальных условий и атмосферного давления для субаэральных условий [65].

Сопоставление геотермических измерений из архива [46] с картой [33] позволили нам определить с учетом [34] среднюю величину теплового потока для Притаймырского шельфа Карского моря, равную 57.2 мВт/м². Уплотнение отложений с глубиной учитывалось по закону Ати [37]. Теплофизические свойства отложений даны по [59]. Расчет проводился средствами открытого языка программирования “Julia” [68] по неявной разностной схеме для домена 10 тыс. м с шагом 1 м по расчетной сети и с шагом по времени 10⁹ с. Картирование выполнялось для регулярной сети с разрешением 0.08^о × 0.08^о.

Интерпретация данных сейсморазведки в пределах прогнозируемых мерзлых толщ и зоны стабильности газовых гидратов

Свободный газ может либо скапливаться в зоне стабильности газовых гидратов, либо мигрировать вверх по этой зоне, что на сейсмических записях проявляется в виде аномалий [43, 48, 56, 64]. Эти аномалии, к которым относят яркие пятна, маркирующие ловушки углеводородов, газовые трубы (часто ‒ с покмарками на морском дне), хаотичные отражения, зоны низкоамплитудных отражений в случае, если они расположены в ЗСГГ или под ней, отражают флюидодинамику газогидратного резервуара и косвенно указывают на скопления газа или газовых гидратов.

На суммированных разрезах МОВ ОГТ аномалии типа “яркое пятно” проявляются как усиление или ослабление амплитуд отраженного сигнала в сочетании с инверсией фазы отраженного сигнала. Маркером высокой газонасыщенности отложений являются скоростные аномалии, которые на сейсмических разрезах представлены ложными синклинальными структурами, противоречащими геологическому строению района.

Для выявления индикаторов гидратообразования в пределах региона исследований были изучены цифровые сейсморазведочные данные МОВ ОГТ, полученные в 2009 г. ОАО “Севморнефтегеофизика” (Мурманск, Россия). Интересующая нас совокупность признаков реликтов подводной мерзлоты, концентрированной миграции флюидов, аномальной газонасыщенности и ловушек различного типа в ЗСГГ обнаружились на 3-х глубинных сейсморазведочных профилях (см. рис. 2, профили 1305_05A, 1305_20C 130811_11A). Для анализа сейсмических разрезов использовалось интерпретационное программное обеспечение “Kingdom” (Houston, USA) [66].

Обычно выявление мерзлоты методом МОВ ОГТ основано на скоростном анализе, сейсмической инверсии и анализе волновой картины на сейсмическом разрезе. В связи с отсутствием данных о скоростных характеристиках верхней части разреза, для изученных материалов был возможен только анализ волновой картины. На сейсмических разрезах мерзлота определяется по высокоамплитудным отражениям, многократным переотражениям между дном и кровлей мерзлых толщ, а также по скоростным аномалиям (эффект пулл-ап) [48, 50].

Таким образом, целевыми объектами в нашем исследовании являлись последовательности субпараллельных высокоамплитудных отражений, маскирующих реальное геологическое строение верхней части осадочного разреза. Отражения от верхней границы (кровли) подводной мерзлой толщи хорошо определяется сейсмоакустическими

методами [48, 61], но разрешающей способности метода МОВ ОГТ может быть недостаточно для ее определения. В условиях сейсморазведочных работ на суше положение подошвы мерзлых отложений определяется хорошо, но для материалов морских работ характерно, что из-за многократных отражений нижняя граница практически не прослеживается [48].

Для более детального изучения выявленных аномалий в пределах газогидратного резервуара выполнен атрибутивный анализ в программном обеспечении “Kingdom” (Houston, USA) [66].

Атрибут similarity показывает схожесть сейсмотрасс между собой, маркирует вертикальные зоны, резко отличающиеся по волновой картине.

Поскольку газонасыщенные породы способны менять частотный состав сигнала, был выбран атрибут wavelet dominant wavenumber (разрез доминирующих частот, в основе которого лежит вейвлет преобразование).

Для выявления ловушек углеводородов проводился структурный анализ сейсмических разрезов. Целевыми объектами для анализа являлись антиклинальные структуры, угловые несогласия и диапировые структуры. Нами были выбраны те объекты, в контурах которых наблюдаются локальные амплитудные аномалии, вероятно, свидетельствующие о содержании газа и газогидратов; и объекты, над которыми в верхней части разреза наблюдались сейсмические признаки подводной мерзлоты.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Подводная мерзлота и зона стабильности газовых гидратов на шельфе Карского моря

В результате численного моделирования построены прогнозные карты распространения зон стабильности газовых гидратов и реликтов подводной мерзлоты в Карском море.

Согласно полученным результатам, в Карском море реликты подводной мерзлоты сохранились в Байдарацкой бухте и на шельфе вплоть до изобаты 80 м, включая район Русановского месторождения (рис. 4, уч. 2, уч. 5).

В глубоководной части Карского моря реликты мерзлых пород могут быть представлены в виде отдельных островов. При этом толщина РПМ в северо-восточном секторе Карского моря в несколько раз превосходит ее величину в юго-западном секторе акватории. Наиболее широкое распространение РПМ на северо-западе акватории прогнозируется на Притаймырском шельфе и побережье с резким градиентом в сторону проливов Северной Земли, где реликты подводной мерзлоты отсутствуют (см. рис. 4).

 

Рис. 4. Карта прогнозного распространения подводной реликтовой мерзлоты на шельфе Карского моря.

Численное моделирование проведено с использованием “Julia” Programming Language [68].

Показаны (цифры в красных кружочках) участки инженерно-геологических изысканий (АО “АМИГЭ”, г. Мурманск, Россия): 1 – Обская губа; 2 – Байдарацкая губа; 3 – Крузенштернская губа; 4 – участок Харасавей; 5 – Русановское месторождение.

 

Данные моделирования по границе распространения реликтовой подводной мерзлоты хорошо согласуются с аналогичными данными по [47, 60], а также с данными сейсмоакустических исследований [21], характеризующихся высокой степенью неопределенности.

В связи с большим числом неучтенных в моделях подводной мерзлоты факторов, основным из которых является недостаточная геотермическая изученность арктических акваторий, результаты любых модельных расчетов, включая представленный в данной работе, следует рассматривать не как фактическое распространение реликтовой подводной мерзлоты, но как прогноз ее распространения.

Как и в любой модели, прогнозируемая нами широкая зона распространения реликтовой подводной мерзлоты не означает фактического сплошного залегания льдосодержащих пород, так как модель не учитывает многообразие региональных особенностей, включая геологическую обстановку региона [59] (см. рис. 4).

Исходя из того, что Обская губа в периоды регрессии представляла собой палео-дельту, расчет для данного участка домена не проводился.

Результаты бурения скважин АО “АМИГЭ” (г. Мурманск, Россия) в Обской губе также свидетельствуют об отсутствии подводной мерзлоты в ее центральной части [25] (см. рис. 4, уч. 1).

В Байдарацкой губе кровля подводной мерзлоты прогнозируется на поддонных глубинах >100 м в ее центральной части, хотя по результатам бурения скважины глубиной 100 м мерзлота так и не была вскрыта [26] (см. рис. 4, уч. 2).

На приуральском берегу Байдарацкой губы падение кровли мерзлоты в сторону центральной части губы крутое. Об этом свидетельствует тот факт, что скважины, пробуренные в 1988 и 1994 гг. в 200 м от береговой черты, мерзлых пород не вскрыли [12].

В инженерно-геологическом и геокриологическом отношении исследовательский интерес представляют реликты многолетнемерзлых сильно льдистых пород протяженностью массива >10 км, выявленные в Приямальской акваториальной части [9, 13].

На Крузенштернском участке опорные скважины глубиной 40 м РПМ не вскрыли, однако они прогнозируются по временным разрезам профилографа “Спаркер” с генератором импульсов CSP-D (“Applied Acoustic”, Great Britain) на поддонной глубине ~100 м [24], что соответствует нашим модельным данным (см. рис. 4, уч. 3).

Участок Харасавэй характеризуется двумя типами мерзлоты: реликтовой и новообразованной (см. рис. 4, уч. 4).

Полагаем, что на участке Харасавэй неглубоким бурением была вскрыта новообразованная мерзлота возле мыса Бурунный при проведении инженерно-геологических изысканий [8, 20].

По нашим прогнозам, участок Харасавэй характеризуется сравнительно скромными мощностями подводной мерзлоты (до 300 м). По результатам буровых работ новообразованная мерзлота присутствует на глубине до 40 м [20]. Кровля подводной мерзлоты вскрыта не была, за исключением продолжения материковой мерзлоты в прибрежной зоне.

Выбросы газа фиксировались в районе Русановского месторождения, где нами прогнозируется сохранение благоприятных условий для существования реликтов подводной мерзлоты и зоны стабильности газовых гидратов (см. рис. 4, уч. 5).

Однако в работе [23] мерзлота на этом участке характеризуется как новообразованная. Вероятно, в данном районе имеются специфические геокриологические условия, способствующие формированию мерзлотных новообразований, либо мерзлота имеет двуслойное строение, сочетая РПМ и новообразованную мерзлоту.

На основании геолого-геофизических и модельных данных можно констатировать, что подводная мерзлота на юго-западном шельфе Карского моря носит спорадический – островной или редкоостровной характер [8, 9, 12, 13, 20, 26, 47]. Наибольшая мощность реликтовой мерзлой зоны >200 м возможна в районах шельфа с глубинами моря <30 м, характеризующихся низким тепловым потоком и значениями температурного скачка между эпохами не менее 10°С (особенно при глубине моря на стабильных и погружающихся участках <10 м ‒ время таяния не более 6 тыс. лет).

Предполагается наличие подводной мерзлоты в виде отдельных островов мощностью до 100‒150 м в юго-восточной части Карского моря и на относительно мелководных участках в районе Русановского месторождения (см. рис. 4, уч. 5). По модельным данным с учетом современной среднемноголетней T_bot реликты подводной мерзлоты у дна не прогнозируются, поддонные глубины залегания реликтовой мерзлоты для западной части Карского моря начинаются от 80 м.

Предполагается, что реликтовая подводная мерзлота северо-восточного шельфа Карского моря характеризуется сплошным распространением [39]. По нашим расчетам мощность РПМ в данном регионе в несколько раз превышает мощность РПМ в юго-западной части акватории, что наряду с ее географическим расположением и минимальным вкладом пресных вод сибирских рек (и палеорек), может косвенно подтверждать сплошной характер распространения РПМ. По модельным расчетам кровля РПМ к северо-востоку от Гыданского п-ова расположена на поддонных глубинах 20‒40 м, понижаясь до 40‒60 м у Северной Земли (см. рис. 4).

Моделирование реликтовой подводной мезлоты явилось основой для прогноза условий стабильности связанных с ней газогидратов. Карта, распространения ЗСГГ на шельфе Карского моря, выполнена на основе модельных расчетов и GIS-картирования [67] (рис. 5).

 

Рис. 5. Карта прогнозного распространения термобарической зоны стабильности связанных с мерзлотой газовых гидратов на шельфе Карского моря.

Численное моделирование проведено с использованием “Julia” Programming Language [68].

 

При сравнении результатов расчета модельная зона стабильности криогенных газовых гидратов практически точно повторяет распространение реликтовой подводной мерзлоты до изобаты в 80 м (см. рис. 5).

При этом наибольшие мощности ЗСГГ приурочены к северо-восточному шельфу со сложным рельефом, вследствие чего возникают высокие градиенты по мощности и положению границ реликтовой подводной мерзлоты, как и ЗСГГ.

На Притаймырском шельфе максимальные мощности ЗСГГ прогнозируются на локальных возвышенностях морского дна и достигают 1400 м, но в понижениях рельефа зона стабильности газовых гидратов может отсутствовать. Полученные результаты согласуются с работой [31], показывающей, что фактическое распространение зоны стабильности криогенных газовых гидратов контролируется реликтами подводной мерзлоты и имеет островной характер, ограниченный прибрежной зоной и окружением морских островов.

Характеристика газогидратного резервуара на Притаймырском шельфе

Прогиб Уединения. Газогидратный резервуар в прогибе Уединения охарактеризован по профилю 130505А (см. рис. 2).

Комплекс верхнего структурного этажа, расположенный в ЗСГГ, представлен триасово-юрскими отложениями. Комплекс среднего структурного этажа, частично находящийся в зоне стабильности газовых гидратов, сложен породами ордовикско-девонской систем [15] (см. рис. 3).

Предполагается, что отложения верхнего структурного этажа представлены терригенным комплексом как континентального, так и прибрежно-морского генезиса. Грубозернистый состав прогнозируется для отложений русловых фаций, мелкозернистый для озерных; для прибрежно-морских отложений вероятен разнообразный состав отложений. Формирование глин предполагается в зонах многочисленных стратиграфических несогласий [1]. Отложения среднего структурного этажа, образованные в условиях мелководного осадконакопления, представлены карбонатно-терригенным комплексом пород [15].

Антиклиналь в юго-западной части профиля 130505А, вероятно, является частью крупной диапировой структуры, связанной с соляно-купольной тектоникой раннего палеозоя [18] (см. рис. 2, положение профиля; рис. 6).

 

Рис. 6. Антиклинальная структура (фрагмент профиля 130505А) и ее соотношение с элементами газогидратного резервуара (сейсмогоризонты (по [32]), возраст отложений (по [12]), сеть разломов ‒ интерпретация авторов).

(а) ‒ фрагмент профиля 130505А (положение профиля ‒ см. рис. 2); (б) ‒ стратиграфическая схема (характеризует элементы газогидратного резервуара, связанные с антиклиналью).

 

Отложения на рассматриваемом фрагменте профиля сильно деформированы, но разрывных нарушений с очевидным смещением слоев выявлено мало. На разрезе присутствует аномалия типа “яркое пятно” в сводовой части антиклинали, перекрытой толщей мезозойских отложений с ненарушенным залеганием. С этим перерывом, вероятно, связано формирование толщи глин – регионального флюидоупора [1]. Ниже и выше горизонта KS-3 предполагаются коллекторские толщи терригенного состава (см. рис. 6).

Мощность осадочного выполнения газогидратного резервуара на данном участке составляет ~1 км. Зона стабильности газовых гидратов мерзлотного генезиса непридонного типа характеризуется мощностью ~700 м. Подошва реликтовой подводной мерзлоты, с одной стороны, может рассматриваться как флюидоупор, но, с другой стороны, скопления газогидратов могут располагаться в льдосодержащих породах.

Признаки сосредоточенной миграции газа в сторону морского дна, минуя ЗСГГ и мерзлые породы, представлены на данном фрагменте аномалиями “типа газовые трубы” (см. рис. 6, а).

На этот участок профиля 130505A была составлена стратиграфическая схема, характеризующая элементы газогидратного резервуара, связанные с антиклинальной структурой (см. рис. 6, б).

Дифференцированы коллекторы в пределах зон скопления газовых гидратов под реликтами подводной мерзлоты и в мерзлых породах (характер коллекторов смешанный – карбонатно-терригенный). Положение подошвы модельных мерзлых отложений, которые могут являться флюидоупором, практически совпадает с трудно проницаемыми отложениями (см. рис. 6, горизонт КS-3).

В сводовой части антиклинали располагается зона локальных разломов, а на крыльях антиклинали отмечаются ослабленные зоны. Указанные флюидопроводники могут обеспечивать миграцию в ЗСГГ газа, который может стабилизироваться в верхней части разреза в форме газогидратов. Гидратообразование наиболее вероятно в сводовой части антиклинали ниже стратиграфического горизонта KS-3 – флюидоупора.

Над ЗСГГ располагается узкая зона прогнозируемых реликтов подводной мерзлоты, представленная терригенным коллектором. Здесь возможно сохранение реликтов газогидратных скоплений за счет низких температур и эффекта аккумуляции гидратов газа в мерзлых толщах [40].

На разрезе атрибута similarity видны узкие вертикальные зоны, в которых оси синфазности фактически не коррелируются; эти же зоны подсвечены более низкими частотами на разрезе доминирующих частот (рис. 7).

 

Рис. 7. Разрезы атрибутов similarity (a) и wavelet dominant wavenumber (б) для фрагмента профиля 130505А) (сейсмогоризонты – по [32], возраст отложений – по [12]).

На разрезах атрибутов показано: положение зон низкой корреляции отражений и зон пониженных частот (рамки бирюзовым); границы зон стабильности газовых гидратов и реликтов подводной мерзлоты (пунктир).

Положение фрагмента профиля ‒ см. рис. 2.

 

На обычном разрезе эти зоны отмечены вертикальными полосами, в которых уменьшается уровень амплитуд сигнала (см. рис. 6, а).

Поскольку выявленные аномалии типа “газовая труба” пересекают и кровлю, и расчетную подошву подводной мерзлоты, можно полагать, что толща является проницаемой и, вероятно, характеризуется распространением островной многолетней мерзлоты.

На восточном участке профиля 130505А на удалении от предполагаемой диапировой структуры выявлены хорошо выраженные очаги разгрузки газа ‒ аномалии типа “газовая труба”, над которыми локализуются покмарки (см. рис. 2, рис. 8, а).

 

Рис. 8. Соотношение геологических структур на сейсмическом разрезе с признаками разгрузки газа (фрагмент профиля 130505А) (а) и элементов газогидратного резервуара (б), (сейсмогоризонты – по [32], возраст сейсмокомплексов – по [12]).

Показаны (стрелки черным) очаги разгрузки газа в пределах газогидратного резервуара.

Положение фрагмента профиля ‒ см. рис. 2.

 

Мощность прогнозируемого резервуара составляет ~1200 м, осадочное выполнение представлено породами силура‒девона под реликтами подводной мерзлоты, а в пределах мерзлых толщ – нерасчлененными отложениями триасово‒юрской и четвертичной систем. Наличие хорошо выраженных крупных покмарков на дне Карского моря с подводящими каналами миграции газа характеризует активную дегазацию недр на данном участке.

Таким образом, наблюдается сквозная миграция газа через ЗСГГ, что свидетельствует об островном характере подводной мерзлоты или о ее отсутствии. Для данного участка профиля 130505A также была составлена стратиграфическая схема с нанесенными элементами нефтегазоносных систем (см. рис. 8, б).

На схему нанесены признаки разгрузки газа (пути миграции газа и покмарки). Зеленым отмечен коллектор, попадающий в ЗСГГ. Однако наличие очагов разгрузки может свидетельствовать об островном характере ЗСГГ или об отсутствии термобарических условий гидратообразования.

Для дополнительного уточнения выявленных путей миграции газа для данного фрагмента профиля были рассчитаны сейсмические атрибуты ‒ similarity и wavelet dominant wavenumber, как и для предыдущего фрагмента профиля (рис. 9).

 

Рис. 9. Разрезы атрибутов similarity (a) и wavelet dominant wavenumber (б) для фрагмента профиля 130505 (сейсмогоризонты (по [32]), возраст сейсмокомплексов, (по [12])).

Показано: положение зон низкой корреляции отражений и зон пониженных частот (рамки бирюзовым); границы зон стабильности газовых гидратов и реликтов подводной мерзлоты (пунктир).

Положение фрагмента профиля ‒ см. рис. 2.

 

На разрезе атрибута similarity наблюдаются узкие вертикальные зоны, в которых когерентность осей синфазности минимальна. Зоны с низкой корреляцией отражений отмечены изменением частотного состава в сторону низких частот на разрезе доминантных частот, но динамическая разрешенность на разрезе доминирующих частот недостаточна и неоднозначна.

Ступень Егиазарова. Ступень Егиазарова примыкает к прогибу Уединения (см. рис. 2). Стратиграфия и элементы углеводородных систем для данного участка были также заимствованы из [1] с изменениями, согласно [15].

Характеристика газогидратного резервуара близка к его характеристике в прогибе Уединения [1, 15]. На ступени Егиазарова и в прогибе Уединения выделены одни и те же стратиграфические комплексы, включая региональные флюидоупоры, приуроченные к поверхностям несогласия. Отложения верхнего структурного этажа представлены терригенными коллекторами среднего структурного этажа и коллекторами карбонатно-терригенного состава. Распространение подводной мерзлоты изучено на примере профиля 1305_20C, пересекающего и ступень Егиазарова, и прогиб Уединения (см. рис. 2).

На сейсмическом разрезе видно, что подводная мерзлота на изучаемой акватории имеет островной характер и характеризуется высокими амплитудами (рис. 10).

 

Рис. 10. Сейсмический разрез по профилю 1305_20C.

Обозначено: интерпретация реликтов подводной мерзлоты (рамки сплошной линией); потенциальные газогидратоносные объекты (рамка пунктиром).

Положение профиля ‒ см. рис. 2.

 

Динамическая характеристика в пределах выделенных островов подводной мерзлоты непостоянна и коррелирует с льдистостью пород. Кроме того, острова подводной мерзлоты разделяют прозрачные зоны, скорее всего, являющиеся таликами. Важно отметить, что нижняя граница высокоамплитудных отражений, интерпретируемых как мерзлые отложения, находится на 200‒250 м выше уровня прогнозируемой мерзлоты и не характеризует реальный разрез реликтов подводной мерзлоты, скорее всего, из-за слабой чувствительности метода МОВ ОГТ.

Поскольку мерзлые отложения обладают высоким коэффициентом отражения, энергия сейсмической волны расходуется на многократные отражения между подводной мерзлотой и свободной поверхностью, а волновое поле геологической среды скрыто кратными отражениями. Поэтому подошва подводной мерзлоты на разрезе не проявлена в волновой картине.

В работе [38] отмечено, что использование сейсмической скорости для различения содержащих лед и свободных ото льда слоев неэффективно, так как они могут совпадать, создавая сходную волновую картину, особенно в тонкозернистых отложениях.

Как следствие, акустический импеданс у содержащих и не содержащих лед отложений может совпадать. Однако выявление субаквальной мерзлоты на разрезах МОВ ОГТ свидетельствует о том, что на акватории имеются термобарические условия для образования газовых гидратов, что вместе с элементами нефтегазоносной системы, выявленными на изученном разрезе, характеризуют данный резервуар как газогидратный.

На сейсмическом разрезе по фрагменту профиля 1305_20С были выявлены две потенциально газогидратоносные структуры (см. рис. 2, положение фрагмента профиля).

Первая структура представляет собой стратиграфическую ловушку, экранированную поверхностью несогласия KS-2, которая, возможно, представлена толщей глин (рис. 11).

 

Рис. 11. Сейсмический разрез по фрагменту профиля 1305_20C.

Показаны прогнозируемые подмерзлотные скопления гидратов (затенены желтым).

Положение фрагмента профиля ‒ см. рис. 2.

 

Структура выделяется по явному несогласию и ограничена двумя высокоамплитудными рефлекторами, имеет размер 5 км и находится на поддонной глубине 1000 м.

Вторая структура представлена ловушкой сводово-стратиграфического типа, экранированной поверхностью несогласия KS-3, с которой также связан региональный флюидоупор на поддонной глубине около 1000 м (см. рис. 11).

В пределах выделенной структуры наблюдаются признаки как ловушки сводового типа – антиклиналь по горизонту KS-3, так и стратиграфической ловушки – явное угловое несогласие. Размер структуры составляет ~20 км. На значительную газонасыщенность здесь указывает высокий уровень амплитуд отраженного сигнала в сравнении со вмещающими толщами. В верхней части разреза также выявлена мерзлота островного типа (см. рис. 10).

Северо-Михайловская депрессия. Мощность осадочного чехла достигает здесь 5 км. Данный участок характеризует фрагмент профиля 130811_11А, захватывающий центральную часть Северо-Михайловской депрессии, обрамленной структурами Североземельского выступа (см. рис. 2, положение фрагмента профиля; рис. 12, а).

 

Рис. 12. Стратиграфическая схема на фрагменте профиля 130811_11А, характеризующая элементы газогидратного резервуара в Северо-Михайловской депрессии.

(а) ‒ Северо-Михайловская депрессия; (б) ‒ сейсмический разрез по фрагменту профиля 130811_11А.

Положение фрагмента профиля ‒ см. рис. 2.

 

Стратиграфия и углеводородные системы на этом участке, предположительно, сопоставимы с аналогичными характеристиками прогиба Уединения. Полагаем, что верхний структурный этаж также сложен осадочными толщами терригенного генезиса мезозойского возраста, а с угловыми несогласиями, наблюдаемыми на сейсмическом разрезе связаны флюидоупоры.

Этот разрез расположен в пределах ЗСГГ, на нем по волновым характеристикам выявляются:

• реликты подводной мерзлоты;
• признаки разгрузки газа в ЗСГГ;
• диапировая структура, что может служить дополнительным фактором гидратообразования за счет аномально высокого пластового давления в ее пределах;
• множественные аномалии, показывающие наличие локальных потенциально газогидратоносных объектов.

Стратиграфическая схема характеризует элементы газогидратного резервуара на фрагменте профиля 130811_11А в Северо-Михайловской депрессии (см. рис. 12, а).

В отличие от двух других участков, здесь серия ярких пятен приурочена к интервалу ЗСГГ, совпадающему с прогнозируемыми реликтами подводной мерзлоты.

Таким образом, если предполагать, что многочисленные яркие пятна являются скоплениями газовых гидратов, то они должны классифицироваться как внутримерзлотные.

Исключение составляют усиленные отражения вблизи диапировой структуры, возникновение которых, скорее, связано с соляной тектоникой, чем с гидратообразованием. Детальное рассмотрение амплитудных характеристик по верхней части сейсмического разреза фрагмента 130811_11А показало, что подводная мерзлота на изучаемом участке акватории имеет островной характер (рис. 13).

 

Рис. 13. Сейсмический разрез по верхней части фрагмента профиля 130811_11А с выявленной мерзлотой и прогнозируемые скопления гидратов газа.

(а) ‒ интерпретация РПМ на сейсмическом разрезе; над профилем вынесены значения амплитуд отраженного от дна сигнала; (б) ‒ на укрупненном участке разреза желтым цветом затенены ловушки стратиграфического и сводово-стратиграфического типов (стрелки показывают вертикальную миграцию газа); (в) ‒ на укрупненном участке разреза желтым цветом затенена ловушка сводового типа (стрелки показывают вертикальную миграцию газа).

Положение фрагмента профиля – см. рис. 2.

 

Точно такая картина наблюдается на небольшом участке профиля 1305_20C, который находится в границах Северо-Михайловской депрессии (см. рис. 2, положение профиля; см. рис. 10).

Для наглядности амплитуды отраженного от морского дна вынесены на отдельный график (см. рис. 13, а).

Высокие значения амплитуд хорошо маркируют контуры островов мерзлых отложений (см. рис. 13, высокие амплитуды сигнала выделены красным).

Между островами на разрезе наблюдаются вертикальные акустически прозрачные зоны, вероятно, маркирующие положение таликов. Предполагаемая мощность мерзлых отложений, характеризующихся высокими амплитудами, достигает 400 м, ‒ это не истинная, а минимальная мощность из-за чувствительности метода.

Показаны ловушки углеводородов, которые могут являться скоплениями газогидратов (см. рис. 13, а).

В частности, в юго-западной части фрагмента профиля на поддонной глубине 300‒350 м оконтурена ловушка стратиграфического типа размером 3‒4 км (см. рис. 13, б).

На разрезе отчетливо выделяется несогласие с ярким отражением от поверхности размыва. Ниже несогласия на глубине 50‒100 м наблюдаются усиленные отражения с обратной полярностью типа “яркое пятно” (см. рис 13, б).

Отсутствие признаков мерзлоты над ловушкой и вертикальная миграция газа могут свидетельствовать о деградации реликтов подводной мерзлоты. Сейсморазведочных признаков мерзлоты в пределах ловушки выявить не удалось.

Другая ловушка находится в северо-восточной части этого же фрагмента профиля 130811_11А. Показаны контуры сводово-стратиграфической ловушки в сводовой части антиклинальной структуры над диапиром (см. рис. 13, б).

Структура имеет горизонтальный размер ~4 км, расположена на поддонной глубине ~250 м и характеризуется совокупностью признаков стратиграфической ловушки углеводородов, экранированной поверхностью несогласия, и ловушки сводового типа, связанной с деформацией отложений в результате внедрения диапира. Ловушка находится выше расчетной подошвы подводной мерзлоты и по модельным данным, вероятно, являет собой пример внутримерзлотного скопления гидратов газа. Однако на сейсмическом разрезе мерзлые породы над ловушкой не прослежены, но признаки мерзлоты наблюдаются к юго-западу и северо-востоку от ловушки. Возможно, это скопление газогидратов является подмерзлотным.

Выделено локальное поднятие, горизонтальный размер которого достигает 6‒7 км, при этом вертикальный размер составляет всего 100 м (см. рис. 13, в).

В сводовой части поднятия наблюдаются усиление амплитуд отраженного сигнала, ниже сводовой части определяется вертикальная зона сниженной коррелируемости отражений, что свидетельствует о возможной миграции газа в антиклинальную структуру. Поскольку подошва мерзлоты не проявлена на сейсмическом разрезе, мы полагаем, что это ‒ подмерзлотное скопление газогидратов.

ВЫВОДЫ

1. Выполненные модельные прогнозы пространственного и вертикального распространения подводной криолитозоны и зоны стабильности газовых гидратов позволили охарактеризовать условия формирования связанных с подводной мерзлотой метановых гидратов в Карском море.
2. Исходя из анализа данных бурения через льдосодержащие породы, опубликованных работ и по результатам моделирования, сделан вывод о преимущественно островном или редкоостровном характере распространения реликтов подводной мерзлоты к западу от 80^о в.д. и их возможном сплошном залегании к востоку от 80^о в.д на шельфе Карского моря.
3. Зона стабильности газовых гидратов, ассоциируемая с подводной мерзлотой, коррелирует с ними по характеру распространения. Поэтому наиболее благоприятные условия для гидратообразования прогнозируются в Северо-Карском бассейне, включая Притаймырский шельф, с его высоким газогенерационным потенциалом и мощными мерзлыми толщами, достигающими по модели толщины более 600 м и обуславливающими мощность модельной зоны стабильности газовых гидратов ~1400 м.
4. На основе изучения геологического строения, имеющихся и полученных данных, интерпретации цифровых разрезов МОВ ОГТ и их атрибутивного анализа, а также моделирования зон стабильности газовых гидратов и подводной криолитозоны впервые охарактеризован криогенный газогидратный резервуар на трех структурно-тектонических единицах Притаймырского шельфа Карского моря: прогибе Уединения, ступени Егиазарова и Северо-Михайловской депрессии.
5. По материалам МОВ ОГТ прослежены перспективные в отношении газовых гидратов интервалы осадочного разреза. Газогидратный резервуар характеризуется мощностью от 800 до 1100 м, приурочен к O‒S карбонатным коллекторам, и S‒D и T‒J терригенным коллекторам (ранее датированным возрастами S₂‒P₁, P₁‒T и J‒K на основе сейсмостратиграфии); к регионального масштаба флюидоупорам, сформированным по поверхностям размыва в силуре и девоне‒триасе; а также к непроницаемым льдосодержащим отложениям, играющим роль локальных покрышек.
6. По данным сейсморазведки определено, что льдосодержащие толщи имеют островное распространение. На это указывают меняющиеся амплитудные характеристики верхней части разреза, зоны вертикальной фильтрации газа, маркируемые аномалиями типа “газовая труба” между выявленными реликтами подводной мерзлоты, и интервалы разреза, в которых, по данным численного моделирования, имеются благоприятные условия для образования газогидратов и сохранения реликтов подводной мерзлоты.
7. Отмечена роль солянокупольной тектоники в формировании газогидратного резервуара из-за аномально высокого пластового давления, повышенной флюидодинамики и формирования ловушек антиклинального типа.
8. Локализованы потенциальные скопления газовых гидратов, приуроченные к ловушкам сводового, стратигратиграфического, и сводово-стратиграфического типов. В прогибе Уединения обнаружено одно потенциальное скопление газовых гидратов, приуроченное к отложениям O-S (датированных ранее C–P₁). Скопление характеризуется активной флюидодинамикой. Одно скопление находится в отложениях S‒D (по предшествующим данным, P₁‒T) возраста ступени Егиазарова. Три скопления в Северо-Михайловской депрессии приурочены к диапировой структуре, стратиграфичским несогласиям и антиклинальным структурам, возможно, скопления находятся в толще S‒D (ранее ‒ P₁‒T) возраста, где наблюдаются признаки газонасыщения и/или миграции газа в область аккумуляции – зоны с активным флюидодинамическим режимом.
9. На основе интерпретации данных МОВ ОГТ, данных бурения и сопоставления их с модельными расчетами в зоне стабильности метановых гидратов авторами впервые охарактеризован резервуар криогенных газовых гидратов на Притаймырском шельфе Карского моря, определена его мощность, морфология, дана предварительная сейсмостратиграфическая привязка, выявлены мерзлые отложения и подмерзлотные ловушки стратиграфического, сводового и сводово-стратиграфического типов.

Благодарности. Авторы признательны рецензенту Ю. А. Воложу (ГИН РАН, г. Москва, Россия) и анонимному рецензенту за конструктивные замечания, которые помогли улучшить рукопись, авторы признательны редактору М.Н. Шуплецовой (ГИН РАН, г. Москва, Россия) за тщательное редактирование.

Финансирование. Работа выполнена в рамках тематических и опытно-методических работ по обоснованию минерально-сырьевой базы нетрадиционных источников углеводородного сырья на акваториях Российской Федерации по государственному заданию ФГБУ “ВНИИОкеангеология”.

Конфликт интересов. Авторы заявляют, что не имеют конфликта интересов.

Об авторах

Т. В. Матвеева

Всероссийский научно-исследовательский институт геологии и минеральных ресурсов Мирового Океана им. акад. И.С. Грамберга (ВНИИОкеангеология)

Email: tv_matveeva@mail.ru
Россия, 190121, Санкт-Петербург, Английский пр., д. 1

А. О. Чазов

Всероссийский научно-исследовательский институт геологии и минеральных ресурсов Мирового Океана им. акад. И.С. Грамберга (ВНИИОкеангеология); Санкт-Петербургский государственный университет

Email: tv_matveeva@mail.ru

Институт наук о Земле

Россия, 190121, Санкт-Петербург, Английский пр., д. 1; 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., д. 7‒9

Ю. Ю. Смирнов

Всероссийский научно-исследовательский институт геологии и минеральных ресурсов Мирового Океана им. акад. И.С. Грамберга (ВНИИОкеангеология); Российский государственный гидрометеорологический университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: tv_matveeva@mail.ru
Россия, 190121, Санкт-Петербург, Английский пр., д. 1; 192007, Санкт-Петербург, Воронежская ул., д. 79

Список литературы

Дополнительные файлы