ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ, 2013, № 5, с. 387-398
УДК 553.981:551.345 (47: 211)
ГАЗОВАЯ ЗОНАЛЬНОСТЬ И ГАЗОНОСНОСТЬ МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ОТЛОЖЕНИЙ УГЛЕНОСНЫХ БАССЕЙНОВ ВОСТОЧНОЙ АРКТИКИ И ПРИЛЕГАЮЩИХ РЕГИОНОВ
© 2013 г. А. И. Гресов, А. В. Яцук
Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичёва ДВО РАН, ул. Балтийская, 43, Владивосток, 690041 Россия. E-mail: gresov@poi.dvo.ru
Поступила в редакцию 25.10.2012 г.
В статье приведены результаты многолетних комплексных газокриологических исследований в угленосных бассейнах Восточной Арктики и Северо-Востока России. Комплексно изучены мощность и морфологические особенности мерзлоты, температурные показатели, состав газа и его генезис, газоносность угольных пластов и вмещающих пород, газопроницаемость углепородного массива, геологические условия миграции газов в мерзлых угленосных толщах. В угленосных бассейнах установлена сезонная инерционность газовыделений в подпочвенный слой и пульсаци-онный характер газовыбросов в атмосферу.
Ключевые слова: уголь, бассейн, газ, метан, генезис, мерзлота, газоносность, зональность, газопроницаемость, миграция, Восточная Арктика, Северо-Восток.
ВВЕДЕНИЕ
Специфической особенностью угленосных бассейнов Восточной Арктики и Северо-Востока России является развитие на их площади многолетней мерзлоты. Большинство из них (Ленский, Зырянский, Анюйский, Анадырский, Берингов-ский, Аркагалинский и др.) по значениям природной метаноносности угольных пластов (до 15-30 м3/т на глубинах 600-1200 м) и перспективных для извлечения ресурсов сорбированного, свободного и растворенного метана (4.4 трлн. м3) соответствует понятию углеметановых бассейнов - крупнейших генерационно-аккумулятивных "хранилищ" метана, углекислого газа, углеводородных газов, водорода и основных источников выбросов парниковых газов в атмосферу региона. Установлено, что успешное и газобезопасное развитие геологоразведочных и угледобычных работ в углеметановых бассейнах невозможно без теоретического осмысливания накопленного фактического материала и выявления всего комплекса геологических и геокриологических условий, определяющих компонентный состав природного газа и его генезис, газовую зональность, газоносность (метаноносность) угольных пластов и вмещающих пород. Обобщение и сравнительный научный анализ имеющихся материалов, выявление индивидуальных геокриологических условий,
особенностей распределения и миграции газов в толще многолетнемерзлых пород (ТММП) позволяют приблизиться к реальному пониманию геоэкологической природы газовыбросов в атмосферу Восточной Арктики и Северо-Востока России. Освещению этих актуальных проблем посвящена настоящая работа.
МЕТОДЫ И ОБЪЕМЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
В основу работы положены данные термометрических скважин, оснащенных терморезисторами от устья до забоя, в целевых районах газокриологических исследований Ленского, Лаптевско-Янского, Зырянского, Аркагалинского, Омсукчанского, Анадырского и Беринговского и других угленосных бассейнов Восточной Арктики и Северо-Востока России. Исследования проводились в комплексе с методами прямого определения газоносности керногазонаборника-ми (КГН), пластоиспытателями, изучения свободных газопроявлений и газопроницаемости пород в соответствии с действующими нормативными методиками и руководствами [7, 14]. В сопоставительном газокриологическом анализе использованы данные более 1000 скважин. Изучение газокриологических показателей в ТММП проводилось в скважинах поверхностного бурения в комплексе с методом подпочвенных газовых
съемок и газогеохимических исследований приземной атмосферы целевых угленосных районов. В горных выработках шахт Сангарской, Анадырской, Беринговской и Кадыкчанской в 32 подземных скважинах и 76 шпурах проведены термометрические и газовые исследования в мерзлых и талых углепородных массивах с применением газоиспытателей, образцовых микроманометров, расходомеров и термометров, результаты которых были исходными показателями расчета газопроницаемости по методике ВостНИИ [17]. Хроматографические работы выполнялись в лабораториях Тихоокеанского океанологического института им. В.И.Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук (ТОИ ДВО РАН) и ООО "Дальвостуглеразведка" на хроматографах ЛХМ-80, Газохром 3101 и Кристалл Люкс 4000М. Изотопные исследования выполнены в Дальневосточном геологическом институте ДВО РАН (А.В. Игнатьевым), МГА (О.И. Кропотовой) и Университета Хоккайдо (Urumu Tsunogai).
ГАЗОКРИОЛОГИЧЕСКОЕ РАЙОНИРОВАНИЕ УГЛЕНОСНЫХ БАССЕЙНОВ
Исследованные бассейны расположены в районах развития сплошной, прерывистой и массивно-островной мерзлоты (рис. 1). В бассейнах установлена незначительная прерывистость мно-голетнемерзлых толщ по мощности и площади, непрерывное существование мерзлоты на протяжении 200-500 тыс. лет. Бассейны характеризуются значительной изменчивостью мощности ТММП - от 20 до 650 м, температуры ММП - от -0.5 до -10.2 оС, геотермического градиента - от 1.3 до 4.9 оС/100 м (табл. 1) и метаноносности угольных пластов - от 1-8 м3/т в мерзлоте и до 30 м3/т в талых отложениях (до глубин 6001200 м). Перспективные для извлечения и промышленного использования ресурсы метана составляют в углеметановых бассейнах 4.37 трлн. м3. В бассейнах зафиксировано около 2200 газопроявлений, суфляров1 и выбросов газа2 [6, 15].
Рис. 1. Схематическая карта распространения ТММП Восточной Арктики и Северо-Востока России: 1-3 - площади распространения мерзлоты: 1 - сплошной, 2 - прерывистой, 3 - массивно-островной; 4 - угленосные бассейны: 1 - Ленский, 2 - Южно-Якутский, 3 - Лаптевско-Янский, 4 - Тастахский, 5 - Зырянский, 6 - Анюйский, 7 - Чаунский, 8 - Анадырский, 9 - Беринговский, 10 - Омолонский, 11 - Аркагалинский, 12 - Челомджинский, 13 - Хасынский, 14 - Охотский, 15 - Сейм-чано-Буюндинский, 16 - Омсукчанский, 17 - Авековский, 18 - Тайгоносский, 19 - Пареньский, 20 - Пенжинский, 21 -Олюторский, 22 - Западно-Камчатский, 23 - Чаун-Чукотский; 5 - районы целевых исследований: 1.1 - Нижне-Алданский, 1.2 - Сангарский, 1.3 - Оленекский, 1.4 - Анабаро-Хатангский; 2 - Алдано-Чульманский, Токинский, 3 - Куларский, 4 - Зы-ряно-Силяпский, 5 - Нижне-Аркагалинский, 6 - Галимовский, 7 - Онеменский, 8 - Беринговский; 6 - абсолютные значения мощности мерзлоты, м.
Таблица 1. Газогеокриологические показатели углеметановых бассейнов [6, 9, 11, 15]
Угольный бассейн, марочный состав угля М*, м3/т Р**, млрд. м3 Т***, 0 С Мощность мерзлоты, м Геотермический градиент, о С/100 м
Ленский, 3Б-КЖ 8-16 3088 -(2.8-7.8) 75-650 1.3-3.6
Лаптевско-Янский, 2Б-3Б 5-8 15 -(3.6-10.2) 170-470 1.4-4.3
Зырянский, Д-Т 12-20 300 -(2.2-6.5) 60-360 1.5-4.4
Анюйский, Д-Т 11-19 108 -(2.4-7.0) 80-300 1.5-4.3
Чаун-Чукотский, Т-А 10-14 12 -(1.2-3.0) 50-140 2.4-3.7
Анадырский, 3Б-Г 8-12 48 -(2.4-6.0) 70-220 2.0-4.7
Пенжинский, 3Б-Г 8-12 32 -(1.2-4.0) 50-200 2.1-4.9
Беринговский, Д-КЖ 15-24 39 -(1.2-3.2) 30-120 2.2-4.2
Аркагалинский, Д-ГЖ 10-14 15 -(1.2-7.5) 100-280 2.5-3.2
Омсукчанский, Т-А 12-16 6 -(1.0-2.8) 50-110 2.5-3.7
Южно-Якутский, Г-Т 11-17 705 -(0.5-3.0) 20-240 1.9-4.3
Регион, 2Б-А 5-24 4368 -(0.5-10.2) 20-650 1.3-4.9
М* - метаноносность углей, указанного марочного состава на горизонте 600 м;
Р** - перспективные для извлечения ресурсы сорбированного, свободного и водорастворенного СН4 ; Т*** - температура пород на подошве слоя сезонных колебаний (мин. - макс.)
Суфляр1 - длительное выделение газа (метана) из трещин и пустот угленосной толщи с дебитом газа 1 м3/мин и более на участке горной выработки (скважины) длиной (интервалом глубин) 20 м (10 м).
Выброс газа2 - внезапное интенсивное выделение газа из горной выработки (скважины) при вскрытии мощного природного коллектора газа под большим газовым давлением, как правило, более 1 МПа и дебитом газа более 3 м3/мин.
Площади сплошного распространения мерзлоты в исследованных бассейнах занимают более 90% их территории. Мерзлота прерывается только на участках питания и разгрузки подмерзлотных вод, приуроченных к долинам рек (Лена, Оленек, Вилюй, Алдан, Индигирка, Анадырь, Колыма, Аркагала и др.). В общем площадном развитии ММП интенсивно проявляются азональные особенности, не зависящие от географической широты местности и выражающиеся в резкой изменчивости температур мерзлых пород и их мощности на коротких расстояниях, связанной с повсеместным развитием углегазоносных формаций. Для площадей, сложенных углегазоносными отложениями, характерны мощности мерзлоты 100-320 м, безугольными - 180-650 м. Данный факт объясняется, по-видимому, тем, что геотермический градиент в углегазоносных отложениях в 1.5-2 раза превышает аналогичные показатели в безугольных толщах [15]. Метаноносность мерзлых угольных пластов достигает 6-8 м3/т, талых - 8-30 м3/т; вмещающих пород - до 1-2 и 2-4 м3/т соответственно. В угленосных бассейнах на
площадях развития сплошной мерзлоты зафиксировано более 1500 газопроявлений, суфляров и выбросов газа [6, 15].
Площади распространения прерывистой мерзлоты составляют 8% территории исследований, на которой в бассейнах многолетней мерзлотой занято 60-90% их площади. Прерывистость мерзлоты определяется формированием таликов гидрологического, гидрогеологического и радиационного происхождения. Мощность ТММП составляет 20-160 м, температура пород на подошве слоя годовых колебаний поднимается до минус 1.8-3.2 оС. ММП приурочены к торфяникам, заболоченным маревым участкам пойм и склонам северной экспозиции; талики - к долинам, водоразделам, южным склонам рельефа. Метаноносность мерзлых угольных пластов не превышает 1-6 м3/т, вмещающих пород - 1.5 м3/т; талых - 6-20 и 2-3 м3/т соответственно. В бассейнах на площадях развития прерывистой мерзлоты зафиксировано более 500 газопроявлений, суфляров и единичных выбросов газа [6, 9, 11, 15].
На площадях развития массивно-островной мерзлоты в пределах бассейнов Тихоокеанского побережья (см. рис. 1) мощность ТММП составляет 5-50 м, температура пород на подошве слоя не превышает -1.8 оС (Тайгоносский, Западно-Камчатский, Олюторский и др.). Метаноносность мерзлых угольн
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.