1.3 Континентальные “метастабильные” гидратные залежи

Вы­деление этих залежей в отдельный класс обусловлено не механизмами их образования (они практически идентичны, например, стабильным континентально-биохимическим ГГЗ), а их особым термодинамическим состоя­нием и глубиной залегания. Их преимущество перед другими классами континентальных ГГЗ – неглубокое залегание и, соответственно, значи­тельная экономическая рентабельность разведки и добычи гидратного га­за. Кроме того, их существование определяется геокриологическими ус­ловиями разреза – температурным режимом и строением мерзлой толщи.

Несмотря на очевидную научно-практическую значимость реликто­вых ГГЗ, их изучение находится на начальной стадии, что затрудняет оценку ресурсов газа и перспектив их вовлечения в разработку. Благодаря возможному широкому распространению в верхних горизонтах литосфе­ры, потенциал этого вида ГГЗ довольно значителен как с позиций газодо­бычи, так и при рассмотрении экологических вопросов, связанных с эмис­сией метана в атмосферу при глобальном потеплении климата.

Понятие типа по генезису газа для континентальных метастабильных гидратных залежей не является принципиальным, так как их образо­вание и ресурсные характеристики не зависят от происхождения газа в той степени, в какой зависят от температурного режима и петрографических свойств вмещающей толщи. Однако из общих соображений большинство из них следует относить к биохимическим, так как, по-видимому, их обра­зование обусловлено концентрированием при промерзании местного био­химического газа. Кроме того, практически во всех известных случаях ме­тан реликтовых (метастабильных) гидратов имел биохимический генезис. Наиболее исследованным примером метастабильных газогидратов биохи­мического генезиса является северо-западная часть п-ова Ямал в районе Бованенковского ГКМ. Однако нельзя исключать и возможность су­ществования гидратов катагенного газа в районах, где существуют усло­вия для его миграции на незначительные глубины, перехода в гидраты при промерзании и сохранения их вследствие эффекта самоконсервации газо­вых гидратов при отрицательных температурах при смещении кровли ЗСГ вниз по разрезу. В качестве примера такого вида метастабильных ГГЗ с газом катагенного генезиса можно предположительно считать гидратосодержащие интервалы, обнаруженные в западной Якутии, однако более де­тальных исследований в этом районе не проводилось (таблица 1.1).

Механизмы образования метастабильных газогидратов в природе

Как было сказано выше, по аналогии с ЗСГ введено понятие зона метастабильности гидратов (ЗМГ), в которой ранее образованные в палео-ЗСГ гидраты существуют благодаря эффекту самоконсервации газовых гидратов при отрицательных температурах. Под ЗМГ мы понимаем всю мощность ММП выше кровли ЗСГ, где температура массива не превыша­ет температуру оттаивания грунтов. Одно время считалось, что эффект самоконсервации “работает” лишь непродолжительное время в лабораторных условиях. Существование его в природе на сегодняшний день можно считать доказанным (на примере ряда регионов), однако, по дан­ным последних исследований, необходим весьма аккуратный подход к оценкам газа в метастабильной форме гидратов.

Так, показано, что эффект самоконсервации плохо работает в усло­виях критических температур, близких к температурам начала оттаивания грунтов. Это связано с увеличением в этих условиях мощности пленки не­замерзшей воды, агрессивной к изолирующей пленке льда, что может привести к началу диссоциации гидратов в условиях мерзлых высокотем­пературных пород “вялой мерзлоты”. При этом, если для супесчаных по­род с невысоким содержанием незамерзшей воды это явление не будет оказывать существенного влияния, то для тонкодисперсных отложений наличие температурного действия эффекта самоконсервации необходимо учитывать, особенно в высокотемпературных мерзлых толщах.

Рассмотрим возможные механизмы и условия аккумуляции в мерз­лых породах газа с переходом, по крайней мере, его части в гидратную форму на относительно небольших глубинах. При этом схожие механиз­мы образования газовых и газогидратных залежей будут наблюдаться и для стабильных континентально-биохимических гидратных залежей.

После начала многолетнего промерзания газы и соли, растворенные в перовых водах пород, начинают частично отжиматься и концентриро­ваться в талой зоне перед фронтом промерзания. При эпигенетическом промерзании отложений, благодаря временному повышению давления в замкнутых пространствах проницаемых пород или поровому кристалли­зационному давлению образования льда, опережая фронт фазовых пере­ходов поровой влаги в лед, двигается фронт локального гидратообразования. При этом значительная часть газа, ранее сконцентрировавшегося в песчаных линзах, переходит в клатратную (гидратную) форму.

После релаксации кристаллизационного давления воды (прохожде­ния фронта промерзания) часть гидратов разлагалась на воду (лед) и газ, что приводило к понижению температуры. При этом клатратная влага (образовавшаяся при диссоциации гидратов) вымерзала, консервируя изо­лирующей ледяной пленкой неразложившиеся гидраты. При гидратообразовании, как и при льдообразовании, возможно отжатие солей параллель­но фронту гидратообразования. Этот процесс находит свое отражение в современном строении многолетнемерзлого разреза некоторых районов (например, верхней части многолетнемерзлой толщи на территории Бованенковского ГКМ), когда приуроченность гидратопроявляющих горизон­тов к грунтовым зонам с пониженным засолением сопровождается увели­чением минерализации поровых вод в нижележащих интервалах.

После окончания промерзания отложений в поровом пространстве пород, слагающих мерзлую толщу, присутствуют лед, незамерзшая вода, газ и образовавшиеся при промерзании газогидраты. В сформированном мерзлом массиве также возможно колебание кровли ЗСГ, которое могло привести к повторному включению в зону стабильности гидратов газо- и гидратосодержащих отложений на относительно небольших глубинах, что обусловлено лишь отличными от современных барическими условиями (например, оледенением территории или накоплением отложений при холодноводной морской трансгрессии).

Таким образом, выделенные классы и типы газогидратных залежей позволили выявить ряд географо-генетических видов субаквальных и кон­тинентальных ГГЗ, характеризующихся определенными геологическими, термобарическими и геохимическими режимами.

Предложенную классификацию можно рассматривать как алгоритм сбора фактических данных по каждому виду природных ГГЗ. комплекс которых в совокупности с анализом коллекторских свойств вмещающих отложений позволит провести оценку ресурсов гидратного газа, а также перспектив вовлечения в разработку того или иного вида природных ГГЗ.

Показано, что каждый выделенный вид газогидратных залежей мо­жет иметь как преимущества при оценке ресурсов и перспектив разработ­ки, так и недостатки по сравнению с другими видами. Так, газогидратные залежи с биохимическим генезисом газа, по-видимому, должны иметь су­щественно больший ресурсный потенциал по сравнению с катагенными вследствие своей геолого-структурной и геохимической специфики. Однако залежи газогидратов, сформированные метаном катагенного генезиса, благодаря относительно локализованному выходу газа и наличием ряда хемогенных и биогенных маркеров существенно лучше картируются в своей сконцентрированной части. Кроме того, благодаря постоянной под­питке катагенных залежей мигрирующим газом, по мнению ряда авторов, этот вид месторождений может являться возобновляемым.

Таким образом, газогидратные залежи, сформированные метаном катагенного генезиса, как в субаквальных условиях, так и на континен­тах, являются в настоящее время наиболее перспективными объектами для постановки геологоразведочных работ.

Более предпочтительными, по-видимому, будут континентально-катагенные газогидратные залежи, что связано с рядом причин, основная из которых – затраты на исследования подобного рода.

Кроме того, отдельные перспективы связаны с внутримерзлотными метастабильными газогидратными залежами, добычной потенциал кото­рых обусловлен неглубоким (до 200-300 м) залеганием и возможным ши­роким распространением во всех областях распространения ММП, сфор­мированных осадочными породами.