1. Географо-генетическая классификация газогидратных залежей

Общие сведения классов и генетических типов

Газовые гидраты и их поисковые признаки (в первую очередь, сейсморазведочные) известны более чем в 70 районах Ми­рового океана, а также в Каспийском море и оз. Байкал (рис. 1). В 21 районе газовые гидраты наблюдались непосредственно: глубоководным бурением по программам DSDP и ODP они были вскрыты на различных поддонных глубинах в интервале от первых метров до 400 м юго-восточнее и западнее США, в прибрежьях Перу, Коста-Рики, Гва­темалы и Мексики, в двух прибрежных райо­нах Японии и в Мексиканском заливе; грунтовым пробоотбором они обнаружены вблизи дна в Черном, Каспийском и Среди­земном морях, в прибрежье Северной Кали­форнии и о. Ванкувер, в северной части Мек­сиканского залива, в двух районах Охотского моря, в прибрежье Нигерии, в Норвежс­ком море и на оз. Байкал. В Мексиканс­ком заливе газовые гидраты наблюдались с глубоководных обитаемых аппаратов непос­редственно на дне. Наиболее мелководное скопление газовых гидратов КСII (глубина моря 475 м) было обнаружено на подводном грязевом вулкане Буздаг в Южном Каспии, KCI (глубина воды 385 м) в очагах разгрузки метана в прибрежье о. Сахалин в Охотском море, а самые глубоководные – на континенталь­ных склонах Перуанского и Центрально-Аме­риканского желобов (глубина моря 5071 и 5478 м соответственно).

Мировой интерес к природным га­зовым гидратам как потенциальному ис­точнику энергетического сырья, способ­ному восполнить дефицит углеводород­ного сырья в будущем, был в определен­ной степени спровоцирован теми огром­ными количествами газа, сосредоточен­ного в природных гидратах, которые фи­гурируют в опубликованных оценках. При этом сами оценки отличаются на не­сколько порядков, что свидетельствует о неясности на сегодняшний день само­го главного - каковы действительно мас­штабы газогидратоносности недр, в пер­вую очередь субмаринных, поскольку именно на акватории Мирового океана (включая арктические шельфы) прихо­дится основная часть (до 98 %) ресур­сов газа в гидратах.

Важная роль в постановке и разра­ботке проблемы геологии субмаринных газовых гидратов принадлежит институ­ту “ВНИИОкеангеология” (Санкт-Петер­бург). Исследования в этом направлении проводятся в институте с начала 80-х гг. Их цель – определить значение субма­ринных газовых гидратов как потенци­ального полезного ископаемого, т. е. вы­яснить, где именно и насколько широко они распространены, как происходит их образование, что представляют собой скопления газовых гидратов, сколько газа может быть сосредоточено в отдельных скоплениях и в залежах газовых гидра­тов Мирового океана в целом, какова воз­можная энергетическая рентабельность добычи газа из субмаринных скоплений газовых гидратов. При участии ВНИИОкеангеологии были открыты и (или) изу­чены скопления газовых гидратов в 10 районах Мирового океана и на оз. Байкал. Результаты экспедиционных исследований и обработки мате­риалов глубоководного бурения, выпол­ненного по программе ODP, наряду с ана­лизом всей совокупности мировых дан­ных наблюдений, существенно измени­ли первоначальный взгляд на природные газовые гидраты. В результате выполнен­ных во ВНИИОкеангеологии исследова­ний был сделан вывод об основной роли фильтрации газосодержащих флюидов в формировании скоплений субмаринных газовых гидратов в низких и средних широтах и во внешельфовых арктических акваториях.

Обобщение результатов проведенных как во ВНИИОкеангеологии, так и в мире исследований позволяет сформулировать ряд современных положений геологии суб­маринных газовых гидратов принципиаль­ного характера.

Субмаринное газогидратообразование – глобальное циркумконтинентальное физико-геологическое явление. Все изве­стные проявления газовых гидратов и на­блюдения их признаков приурочены к кон­тинентальным окраинам (как пассивным, так и активным). Причем на активных ок­раинах газовые гидраты обнаруживаются только на континентальных склонах глу­боководных желобов (вплоть до глубин свы­ше 5000 м) и не встречаются за предела­ми осей желобов.

Основная роль в формировании скоплений газовых гидратов принадле­жит фильтрации флюидов (газосодержащей воды и (или) газа) и диффузионным процессам. Можно выделить два основ­ных механизма накопления газовых гид­ратов в отложениях. Во-первых, это мо­жет быть осаждение гидратов из насы­щенного газом водного раствора, филь­трующегося в направлении уменьшения растворимости, т. е. в зону более низ­кой температуры; во-вторых, - сегрега­ция воды фильтрующимся свободным газом и ее миграция в область гидрато-накопления из смежных горизонтов. Следует отметить, что в случае двух­фазной фильтрации (и воды, и газа), что встречается при грязевулканической раз­грузке, могут действовать оба механиз­ма газогидратонакопления.

Различаются скопления газовых гид­ратов, связанные с очагами разгрузки флюидов, такими, как выходы воды и газа по разломам, в частности с гря­зевыми вулканами, и не имею­щими такой связи, хотя и контролируе­мыми относительно проницаемыми зо­нами и горизонтами в условиях рассре­доточенной фильтрации флюидов. Скопления первого типа формируются вбли­зи дна на очень малой поддонной глуби­не (сантиметры – первые метры). Они обусловлены концентрированной филь­трацией газосодержащих флюидов в сто­рону дна и лимитируются диффузионным ореолом рассеяния. Как правило, такие скопления невелики и, в целом, содер­жат относительно небольшие объемы газа, но для них характерно максималь­ное гидратосодержание вблизи дна. Скопления второго типа находятся на зна­чительной поддонной глубине (десятки – первые сотни метров), занимают боль­шие площади и могут содержать объемы газа, соизмеримые с запасами в га­зовых месторождениях-гигантах. Такие скопления чаще всего приурочены к гео­физическим аномалиям типа BSR (Bottom Simulating Reflector).

Потенциально газогидратоносные акватории, в границах которых могут фор­мироваться скопления газовых гидратов, занимают около 10 % площади Мирового океана. Прогноз­ное картирование таких акваторий, вы­полненное во ВНИИОкеангеологии, по­казало, что на долю арктических аква­торий приходится 12,3 %, на прибрежье Антарктиды - 19,7 %, на Атлантический океан - 38,2 %, на Тихий океан - 15,4 % и на Индийском океане - 14% площади всех потенциально газогидратоносных акваторий.

При рассмотрении любого аспекта про­блемы газовых гидратов Мирового океа­на, и в первую очередь ресурсного, не­обходимо четко сознавать, что само газогидратообразование в субокеаничес­ких недрах не создает дополнительных резервов газа, но лишь предотвращает рассеяние (в виде диффузии, окисления, растворения) некоторой части углево­дородного газа, генерируемого в осадоч­ном чехле. Можно также рассматривать область субмаринного газогидратообразования как особый геохимический барьер для газов, поступающих в гидро­сферу и атмосферу. Такой подход дол­жен служить основой для определения особенностей образования-разложения природных газовых гидратов при глобаль­ных изменениях климата. Кроме того, изу­чение скоплений газовых гидратов в очагах разгрузки флюидов может стать приори­тетным направлением в обосновании ресурсной значимости субмаринного газогидратообразования в связи с возобновляемостью в них ресурсов газа.

При оценке ресурсов и перспектив освоения природного газа, со­держащегося в природных газогидратах, необходимо прежде всего про­вести подразделение оцениваемых гидратоносных толщ по их географи­ческому положению, далее по “КЛАССУ” (морские, континентальные “стабильные” и континентальные “метастабильные” или “реликтовые”), далее – по “ТИПУ” (генезису газа в гидратах: биохимический или катагенный), дополнительно, к морским природным гидратам, в работе рассматриваются газовые гидраты озера Байкал. Сочетание тех или иных классов и типов гидратных залежей по­зволяет выделить их основные географо-генетические “ВИДЫ”, имеющие свои специфические характеристики и свой потенциал как нетрадицион­ные источники углеводородного сырья (таблица 1.1).

В целом такое, на первый взгляд, сложное многоплановое классифи­цирование гидратных залежей по классам и типам является необходимым, так как понятие их генезиса является неоднозначным: одни исследователи понимают под ним генезис гидратного газа, другие – происхождение са­мих залежей как геологического тела.

В предложенном подходе к типизации природных газогидратных за­лежей подразумеваются следующие основные позиции:

1. Механизмы и условия образования гидратных залежей как геоло­гических тел подразумеваются под термином “географические классы”. Здесь, по нашему мнению, необходимо выделять три основных класса залежей:

• гидратоносные отложения в породах дна морей и океанов;

• попадающие в современную ЗСГ – зону стабильности гидратов (“континен­тальные стабильные”);

• расположенные выше кровли современной ЗСГ (“континентальные метастабильные” или “реликтовые”).

Под реликтовыми подразумеваются внутри мерзлотные метастабильные гидраты. Вероятно, существует и другой класс реликтовых гидратов – субаквальные, но из-за отсутствия примеров их изучения и весьма далекой перспективы освоения он рассмотрен не будет.

2. Под термином “генетические типы” залежей подразумевается генезис гидратного газа, а не условия и механизм формирования самих геологических образований – скоплений гидратов. Это обусловлено рядом причин, основными из которых являются:

• различия в химическом и изотопном составе гидратного газа в за­висимости от его генезиса, что является принципиальным для газовой геологии;

• количественные характеристики газосодержания гидратных зале­жей, обусловленные не их собственным генезисом, а генезисом газа – катагенного или биохимического.

Отдельный сложный случай представляют полигенетические залежи газогидратов, когда в процессе геологического развития местный биохи­мический газ смешивается с мигрирующим катагенным, после чего уже этот “смешанный” газ переходит в гидраты, образуя залежи.

Таким образом, в соответствии с предложенной схемой все природ­ные газогидратные залежи можно разделить на классы и типы, сочетание которых образует следующие их основные виды (таблица 1.1).