4.2. Термобарические параметры и запасы газовых гидратов Охотского моря

Первоначально предполагалось, что субмаринные газовые гидраты образуются глав­ным образом из аутигенного биохимическо­го газа, а весь генерирующийся биохими­ческий и попадающий в зону гидратообразования катагенетический газ стабилизиру­ется в гидратной форме. Также допускалось, что газовые гидраты распространены в оке­ане практически повсеместно в пределах всей термобарической зоны их стабильнос­ти и залегают в виде сплошного слоя, кото­рый непроницаем для свободного газа, под которым скапливаются свободные углеводороды. Из этих предпосылок следовали оценки количества газогидратного газа, на порядки превышающие эквивалентные цифры суммарных ресурсов угля, нефти и природ­ного газа на земном шаре. Оценки количе­ства метана в субмаринных скоплениях га­зовых гидратов основывались на распреде­лении сейсмического горизонта BSR (Bottom Simulating Reflector), маркирующего подошву зоны стабильности газовых гидратов; при­влекались также геотермические данные и данные о толщине осадочного чехла потен­циально газогидратоносных акваторий. Уточ­нение оценок ресурсов газогидратного газа требует более детального рассмотрения осо­бенностей существования газовых гидратов в акваториях Мирового океана.

Термобарические условия их суще­ствования характерны для большей части дна Мирового океана с глубинами воды более 300-400 м. На арктическом шельфе зона стабильности газовых гидратов свя­зана с наличием субмаринной криолитозоны и может существовать при значительно меньшей глубине воды, если подошва крио-литозоны находится на глубине более 260 м от уровня моря. Поддонная глубина подо­швы зоны стабильности газовых гидратов в среднем составляет 400-600 м.

Самым распространенным природным газом-гидратообразователем в субмарин­ных условиях является метан.

Поскольку для гидратообразования помимо термобарических условий нуж­но достаточное количество газа, газо­вые гидраты оказываются приуроченны­ми в основном к континентальным и ос­тровным склонам и подножиям, а также к глубоководьям внутренних и окраин­ных морей - к районам, где сочетаются условия для генерации газа (биохими­ческого и катагенетического), условия для переноса газосодержащих флюидов в направлении дна и условия стабиль­ности газовых гидратов. Площадь таких акваторий составляет около км². В ее пределах газовые гидраты распространены не повсеместно, а весь­ма дискретно, в виде скоплений. В це­лом распространение газовых гидратов характеризуется явно выраженной циркумконтинентальной зональностью.

Газогидратоносность акваторий, аналогично другим видам горючих ископаемых, определяется именно скоплениями, а не равномерным распределением газовых гидратов в породах. Зона стабильности определяется параметрами давления газа-гидратообразователя и температуры. При этом давление газа обычно подменяется значением внешнего давления, как правило гидростатического. Пересечения равновесной кривой диссоциации гидрата того или иного состава с кривой распределения температуры по глубине определяют гипотетические верхнюю, обычно находящуюся в толще воды на значительном удалении от дна, и нижнюю границы зоны, в пределах которой ранее образовавшиеся гидраты стабиль­ны. Для реализации же процес­сов образования гидратов и их накопле­ния требуется переохлаждение или, иначе говоря, пересыщение газом относитель­но равновесных значений. Таким обра­зом, только в скоплениях газовые гидра­ты могут находиться в относительно ста­бильном состоянии, поскольку их равно­весие определяется не внешним, а рав­новесным давлением газа-гидратообразователя и, следовательно, предельным насыщением газом поровой воды. Такие условия носят, как правило, локальный характер (требуется постоянное поступ­ление газа) и контролируются определенными геологическими (гидрогеологичес­кими) условиями.

Граница преобразова­ния опала залегает на глубинах, более чем в 2 раза превышающих глубины подошвы газогидратных слоев во впадине Дерюгина.

Геотермическая оценка глубины подошвы газогидратного слоя является примером комплексирования геофизических методов. В тех районах Миро­вого океана, где имеется достаточно плотная изу­ченность теплового потока и получены достовер­ные сведения о температурах на дне водоема, реаль­ные оценки плотностных характеристик осадочных пород для расчета давления в толще осадков, при­менена оценка термобарических параметров на по­дошве гидратсодержащего слоя.

Давление на нижней границе слоя газовых гид­ратов вычисляется как сумма давления гидростати­ческого (на глубине морского дна h_w) и литостатического, создаваемого весом толщ осадков. В упрощенном варианте

осадочную толщу можно принять одно­родной и для расчетов принять постоянной и рав­ной 1800 кг/м³. Расчет производиться по формуле:

где g - ускорение силы тяжести (9,81 м/с²);

- удельная плотность морской воды (1025 кг/м³);

- в кг/м³, h - в м, - в атм. (тех.).

(4.1)

Температура на подошве слоя газовых гидратов вычислялась по формуле:

(4.2)

где - температура на поверхности осадочного слоя (°С); - тепловой поток (мВт/м²) на поверхно­сти -го слоя осадков в толще, содержащей газовые гидраты; - мощность -го слоя (m); - среднее значение коэффициента теплопроводности (КТ) осадков -го слоя (Вт/(м∙К)); - среднее значение удельной плотности радиогенного тепловыделения (мкВт/м³).

Для гидратсодержащих слоев в осадках Охотского моря, интервале давлений 120-450 атм. температуры находятся в диапазоне 25-35°С, что свидетельствует о существенной примеси к метано­вому гидрату компонент, формируемых за счет го­мологов метана, диоксида углерода или сероводо­рода. Сопоставление полученных резуль­татов с данными лабораторных экспериментов по формированию гидратов из смесей метана с этаном в различных пропорциях, проведенных в работе, а также сравнение с оценкой полей стабильности ГГ в южной части Каспийского моря подтверждают высказанное предположение о со­ставе газовых гидратов над в Охотском море (об их явно катагенетическом происхождении в нижней части зоны стабильности газовых гидратов) и полигенетическом характере этих скоплений.

Большая мощность гидратсодержащих толщ объясняется также тем, что гидрогеологическая об­становка в придонной глубоководной части моря благоприятствует созданию в приповерхностной ча­сти осадочного чехла зоны охлаждения, обуслов­ленной очень низкими температурами (около 2°С) придонного слоя воды в Охотском море.

Не исключено, что структура газогидратного слоя Охотского моря аналогична той, которую предполагают Д. Минерт и Д. Посеванг в полярных районах Атланти­ки, где были выделены многослойные толщи газо­вых гидратов, свидетельствующие, по мнению этих исследователей, о диссоциации ГГ в многоэтажной гидратсодержащей толще. В Охотском море об этом свидетельствуют данные придонных газовых съемок, многочисленные проявления газо­вых факелов.

Были обнаружены газо­вые гидраты в шельфовой зоне северо-восточнее о-ва Сахалин. В пределах поля 1 на всех пяти грунтовых станциях. Координаты поля – 54°27,0' с.ш., 144°04, 9' в.д. Осадки в колонках представлены в основном диатомовыми илами с небольшой при­месью терригенного материала. В щельфовой зоне северо-восточнее о-ва Сахалин в пределах поля, кровля гидратоносных отложений изменяется по глубине ниже дна моря от 30 до 120 см, а мощ­ность гидратсодержащего слоя от 10 до 100 см.

Теплота разложения газогидратов составляет 420-500 кДж/кг и поглощение тепла из окружающей среды при раз­рушении гидратной толщи за период от 200 до 100 лет может уменьшить фоновый ТП в зоне раз­грузки на 30-60 мВт/м². Этим эффектом, видимо, обусловлено существование на фоне относительно повышенного теплового потока в Охотском море участков малых значений ТП в зонах активного просачивания газов из приповерхностных гидратных слоев. Такие участки пониженного теплового потока (~20 35 мВт/м²) зарегистрированы как вдоль западного борта впадины Дерюгина, так и у юго-западного берега Камчатки (в частности, во впадине Голыгина). Этот геотермический феномен может служить дополнительным критерием при поисковых работах на газовые гидраты.

Подошвы слоя газовых гидратов в осадках Охотского моря при сопоставимых глубинах воды находятся ниже морского дна, на глубине, примерно вдвое большей, чем океанические метановые гидраты. Это свидетельствует о значи­тельном потенциале газогидратной толщи в осад­ках Охотского моря.

При оценке ресурсов метана в гидратсодержащих осадках Охотского моря площадь протяженности гидратосодержащей зоны моря нами оценива­лась в 100 тыс. км², а ее мощность – в среднем в 200 м. Согласно формуле Д. Лаберга, запасы метана (при коэффициенте содержания 0,1) составляют более м .

Проблема изучения гидратоносности недр Ми­рового океана является актуальной и в перспективе долгосрочной. Для Даль­него Востока она особо важна в силу обнадеживаю­щих прогнозов огромных запасов метана на конти­нентальных склонах и их подножиях в окраинных морях как потенциального энергетического источ­ника в будущем. Не менее важны проблемы изуче­ния гидратов как вероятного источника поступле­ния метана в атмосферу, что может воздействовать на климат. Обращает на себя внимание про­блема диссоциации гидратов на континентальных склонах, связанная с оползневыми процессами на склонах котловин и поднятий.