ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2015, том 460, № 5, с. 589-594
= ОКЕАНОЛОГИЯ
УДК 550.34:553.9(265.4)
ГЕОАКУСТИЧЕСКИЕ ПРИЗНАКИ МИГРАЦИИ МЕТАНА СУБАКВАЛЬНЫХ УГЛЕНОСНЫХ ТОЛЩ В ГОЛОЦЕНОВЫЙ ОСАДОЧНЫЙ ЧЕХОЛ (АМУРСКИЙ ЗАЛИВ ЯПОНСКОГО МОРЯ)
© 2015 г. Академик РАН В. А. Акуличев, А. С. Астахов, В. Н. Карнаух, К. И. Аксентов, А. В. Артёмова, А. А. Босин, О. Ф. Верещагина, Е. Г. Вологина, М. В. Иванов, В. В. Калинчук, Е. Н. Суховеев
Поступило 25.07.2014 г.
БО1: 10.7868/80869565215050187
Геоакустические методы обнаружения свободного газа в верхней части осадочного чехла морей и океанов в последние десятилетия активно развиваются в связи с поисками углеводородного сырья и с позиций баланса парниковых газов в океане и атмосфере [1, 2]. В подавляющем большинстве случаев источниками этого газа считают дегазирующие углеводородные залежи, газогидраты или биогенный метан [3]. В последние годы появились сведения о возможном поступлении в поверхностные осадки шельфов и далее в водную толщу и атмосферу метана из угольных бассейнов и угленосных формаций, часто рассматриваемых в качестве отдельных газовых месторождений [4].
Амурский залив Японского моря — юго-западное продолжение Угловского углегазового бассейна с располагающимися на побережье месторождениями бурых (Тавричанское, Артемовское) и каменных (Подгородненское) углей [4, 5]. Месторождения локализуются в верхнетриасовых, нижнемеловых, верхнепалеогеновых толщах, которые одновременно можно считать газоносными и которые на отдельных участках формируют крупные залежи газа, рекомендуемые для промышленной разработки [4]. Эти толщи слагают большую часть северного, западного, северо-западного побережий залива, обнажаются в береговых уступах, в том числе и на восточном берегу залива в районе м. Бурный (рис. 1). Имеются сведения о нахождении меловых,
Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичёва Дальневосточного отделения Российской Академии наук, Владивосток E-mail: akulich@poi.dvo.ru Институт земной коры
Сибирского отделения Российской Академии наук, Иркутск
E-mail: vologina@crust.irk.ru
палеогеновых отложений в центральной части Амурского залива под маломощным чехлом неоген-четвертичных осадков [6]. В северо-восточной части залива кайнозойские образования подстилаются угленосными меловыми, триасовыми осадочными отложениями мощностью свыше 3000 м [7]. Наиболее газонасыщены верхнепалеогеновые отложения, слагающие осевую часть бассейна. На побережье Амурского залива они включают Тавричанское буроугольное месторождение с максимальной для региона плотностью ресурсов метана 267 млн м3/км2 [4]. Изотопный состав углерода метана в месторождениях бассейна свидетельствует о, как минимум, двух источниках метана — углеметаморфогенном (5С13 от —40.5 до —49.7%о) и миграционном (5С13 от —2.2 до —36.2%о), генетически связанных с метанонасы-щенными подстилающими нижнемеловыми, верхнетриасовыми отложениями [4]. Выделения свободного газа отмечали в горных выработках, разведочных скважинах Тавричанского и других угольных месторождений и на поверхности в областях развития угленосных отложений в виде точечных газовыделений, линейных и площадных зон [4]. При сейсмоакустических работах в Амурском заливе ранее также отмечали газопроявления в осадках [8].
Для оценки интенсивности дефлюидизации угленосного осадочного чехла в морской части Угловского бассейна (рис. 1) была проведена акустическая съемка северной части Амурского залива (на глубинах более 10 м) с использованием сейсмопрофилографа GeoPulse Subbottom Profilier с частотой сигнала 3.5 КГц. Газогеохимическое опробование голоценовых осадков выполняли по профилю субмеридионального направления в осевой части залива на глубину до 0.7 м и по трем колонкам донных осадков длиной 4.3—4.6 м. Для интерпретации сейсмоакустических данных использовали результаты бурения и микропалеон-
43°21'
с.ш.
43°05'
131°40' в.д.
1 А
/у////у 7
шт
°03'
Рис. 1. Сейсмоакустические аномалии в голоценовых отложениях северной части Амурского залива, расположение мест отбора колонок для газогеохимических исследований и распространение угленосных формаций на побережье. Врезка — местоположение района работ (кружок), границы водосборного бассейна р. Раздольная (прямоугольник). 1 —3 — геоакустические аномалии: 1 — "покров", "колонны", 2 — "столбы", 3 — акустическая "мутность"; 4 — места отбора колонок для газогеохимических исследований; 5 — изолиния мощности осадочного голоценового чехла 20 м; 6 — изобаты, м; 7—9 — распространение угленосных толщ на побережье [4, 5]: 7 — верхнетриасовых, 8 — нижнемеловых, 9 — верхнепалеогеновых; 10 — Тавричанский участок перспективной газодобычи [4]; 11 — угольные месторождения, проявления: 1 — Тавричанское, 2 — Артемовское, 3 — Подгородненское-Лянчихинское, 4 — Занадворовская угленосная площадь; 12 — местоположение профилей, приведенных на рис. 2.
тологического расчленения разрезов [6]. Так как параметры акустического сигнала были подобраны с целью наиболее детального расчленения верхней части разреза, акустический фундамент на большей части площади залива соответствовал
кровле песков, отложенных на границе голоцена и плейстоцена, или базальному горизонту на поверхности более древних кайнозойских пород (рис. 2). Наиболее отчетливая граница с ориентировочным возрастом 9—9.9 тыс. лет делит чехол
л «
ч о m ce
1-е
О VO
о л с
<0 л m о
о «
«
о m Ч
10 20 30 40 50 60 70
(
20 30 40 50 60 70
Станция LV66-2 в 120 м к югу
Т
Профиль 1
Скв. 2В Т
В
С
Станция LV66-3 Профиль 2
Ю
З
Рис. 2. Примеры сейсмоакустических записей, иллюстрирующих строение голоценовых осадков и акустические аномалии в Амурском заливе (положение профилей на рис. 1).
АФ — акустический фундамент; АП, АМ, АС, АК — акустические аномалии соответственно — "покров", "мутность", "столбы", "колонны".
залива на два слоя, резко отличающиеся друг от друга акустическим обликом. Слой, находящийся ниже этой границы, характеризуется интенсивными отражениями различной степени страти-фицированности: от параллельных до хаотических и наклонных отражений. В скв. 2В этот слой представлен лагунными и прибрежно-морскими отложениями различного состава (рис. 2). Осадки, располагающиеся выше указанного горизонта, представлены относительно однородной толщей морских илов и характеризуются отражениями переменной интенсивности и внутренним рисунком от непрерывного параллельно-слоистого до полупрозрачного и прозрачного (рис. 2). Площадное распространение этого слоя в общем виде может быть ограничено изолинией его мощности 20 м (рис. 1). На севере вблизи устья р. Раздольная, являющейся основным поставщиком осадочного вещества, границы слоя уходят на
мелководье и не прослежены. Слой повсеместно имеет примерно одинаковую мощность (20—25 м) и сложен однородными пелитовыми и алевропе-литовыми илами с содержанием пелитовых фракций 60—80%, с мало изменяющимися плотностью и влажностью (рис. 3). По этим показателям слой — характерный флюидоупор, миграция жидких и газообразных флюидов в котором невозможна или существенно затруднена. Подстилающие этот голо-ценовый флюидонепроницаемый слой (ГФС) и сменяющие его по простиранию в сторону берега и на юго-запад по осевой части залива пески хорошо проницаемы и не препятствуют дефлюидизации.
При проведении сейсмоакустической съемки внутри ГФС выявлены многочисленные акустические аномалии различного вида (рис. 1, 2). Подобные аномалии широко распространены в осадках шельфа Мирового океана, а их образование объясняется присутствием свободного газа
Цвет осадка,
СН4, цМ/дм3 W, % параметр Ь*
Рис. 3. Содержание метана в осадках колонок из Амурского залива и некоторые характеристики осадков колонки ЕУ66-3.
Заливка — горизонт осадков, накопившихся в условиях интенсивного антропогенного загрязнения; d, г/см3 — плотность натурального осадка; dt, г/см3 — минералогическая плотность; Ж, % — весовая влажность.
[2, 9]. Последний при использовании акустических частот зондирования в диапазоне от нескольких сотен герц до нескольких десятков килогерц резко ограничивает проникновение акустической энергии в осадки [10]. Слои и области осадочного чехла, заполненные пузырьками газа, ведут себя как высокоэффективные рассеиватели акустической энергии, препятствуя распознаванию структуры осадочного покрова ниже горизонтов, содержащих свободный газ. Они также демонстрируют ясно видимые на сейсмических записях специфические рисунки типа акустической "мутности", "столбов" и др. (рис. 2). Другой характерный сейсмоакустический показатель наличия газонасыщенных осадков — присутствие горизонтов высокоинтенсивных отражений, появление которых является результатом увеличения отражающей способности кровли осадочного слоя, содержащего свободный газ, выше которого находятся непроницаемые для газа отложения.
Верхние кромки аномалий, выделенных в ГФС Амурского залива, можно разделить на два типа. Первый тип представлен высокоинтенсивным отражающим горизонтом, относительно прямолинейным и часто параллельным первичной слоистости осадочного чехла. Это наблюда-
ется у аномалий типа "покров" и свидетельствует о том, что имеет место значительная концентрация свободного газа — более 5% [11], локализация которого контролируется составом осадков. Аналогичную верхнюю кромку имеют аномалии типа "колонна". Это также свидетельствует о высокой концентрации газа в ограниченном пространстве в кровле аномалии. Нечеткие, размытые контуры верхней кромки характерны для аномалий второго типа "мутность" (рис. 2). Внутри их частично сохранены черты исходной слоистости. Это позволяет предполагать, что рассеяние акустической энергии на содержащихся в осадке газовых пузырьках значительно меньше, чем в районах развития акустического "покрова", и объясняется существенно меньшим (менее 1%) содержанием газа [12].
Частный случай аномалии типа "мутность" — акустические "столбы", имеющие конусообразную форму и прослеживающиеся непосредственно из структур акустического фундамента (рис. 2). Диаметр основания "столбов" около 70 м, высота до 16 м, а внешние контуры, как правило, нечеткие. Часто "столбы"
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.