Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Газогеохимические поля и их источники на о. Сахалин и в западной части Охотского моря

ВАК РФ 25.00.28, Океанология

Автореферат диссертации по теме "Газогеохимические поля и их источники на о. Сахалин и в западной части Охотского моря"

На правах рукописи

СЫРБУ НАДЕЖДА СЕРГЕЕВНА

ГАЗОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ПОЛЯ И ИХ ИСТОЧНИКИ НА О. САХАЛИН И В ЗАПАДНОЙ ЧАСТИ ОХОТСКОГО МОРЯ

Специальность 25.00.28 - Океанология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минерапогических наук

7 ОКТ 2015

........... ... „ Владивосток-2015

005562998

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук (ТОЙ ДВО РАН)

Научный руководитель -

Официальные оппоненты:

Ведущая организация -

кандидат гсолого-минералогических наук

Шакиров Ренат Белалович

с.н.с. лаборатории газогеохимии ТОЙ ДВО РАН

Челноков Георгий Алексеевич

кандидат геолого-минералогических наук,

и.о. заведующего лабораторией гидрогеохимии и

океанического литогенеза ДВГИ ДВО РАН

Гульков Александр Нефедович

профессор, доктор технических наук,

заведующий кафедрой нефтегазового дела и нефтехимии

Инженерной школы ДВФУ

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки

Институт морской геологии и геофизики Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИМГиГДВО РАН)

Защита диссертации состоится «13» ноября 2015 года в 13:00 на заседании диссертационного совета при Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук (ТОЙ ДВО РАН) по адресу: 690041, Владивосток, ул. Балтийская, 43.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте http://www.poi.dvo.ru/ Федерального государственного бюджетного учреждения науки Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук (ТОЙ ДВО РАН)

Автореферат разослан «А » сентября 2015 г.

Ученый секретарь / ^ /______

диссертационного совета ^ -- Храпченков Ф.Ф.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Основными «поставщиками» газов в атмосферу являются активный вулканизм, многолетнемерзлые породы, гидротермальная деятельность, месторождения нефти и газа, газогидратов, биогенные источники. Над газовыми источниками формируются газогеохимические поля, которые характеризуются определённым составом газов в зависимости от геологических условий. Район исследований относится к северозападной части Тихоокеанского подвижного пояса, захватывая такие структуры, как складчатая система Сахалина, его шельф и склон, северо-западный борт Курильской котловины и южная часть Татарского пролива (рис. 1).

Исследования баланса природных газов должны учитывать их эмиссию из нефтегазовых и угольных месторождений и локальных, но активных систем газовой разгрузки (грязевые вулканы, геотермальные системы, водоминеральные источники и другие). Все эти виды углеводородных скоплений широко распространены на острове Сахалин и присахалинском шельфе. Сахалинский сегмент Хоккайдо-Сахалинской складчатой системы контролируется трансформной границей литосферных плит, которая выражается в системе глубинных разломов. По разломам осуществляется газо-флюидный перенос, интенсивность которого регулируется сейсмической активностью.

В работе особое внимание уделяется выявлению фоновых и аномальных газогеохимических полей метана, углекислого газа, гелия и водорода и их взаимосвязи с геологическим строением исследуемых районов.

Знание условий формирования газогеохимических полей позволяет использовать их как индикаторы для прогноза нефтегазовых залежей, для картирования зон разломов и оценки их геологической активности, для оценки влияния газогеохимических полей на окружающую среду.

Степень разработанности проблемы. Изучение природных газов в Охотском море началось с 1972 г., но еще до проведения исследований на акватории моря выполнялись газогеохимические работы на суше, в основном в районе северного Сахалина, где были открыты месторождения нефти и газа (Харахинов, 2010). Исследования на суше показали, что над месторождениями нефти и газа формируются аномальные метановые поля с некоторым увеличением содержания тяжелых углеводородов, которые в основном приурочены к зонам разломов.

Систематические исследования газогеохимических полей на акватории Охотского моря были продолжены под руководством д.г.-м.н. А.И. Обжирова (лаб. газогеохимии, ТОЙ ДВО РАН). Проведение газогеохимических исследований было обусловлено необходимостью разработки дополнительных методов для выделения первоочередных поисковых объектов на нефть и газ.

Автором в составе лаборатории газогеохимии ТОЙ ДВО РАН были проведены газогеохимические исследования различных площадей и геологических объектов о. Сахалин и прилегающего шельфа и склона. В отличие от работ предшественников, изучение природных газов в настоящей работе проводилось как водах, так и в морских донных отложениях.

В основу диссертации положены данные исследований полученные автором в экспедициях на о. Сахалин с 2008 года. Автор участвовал в отборе газогеохимических проб,

извлечении газа методом вакуумной дегазации, анализе проб на хроматографах, интерпретации полученных данных.

1414 144'Е 147-Е

Рис. 1. Карта-схема фактического материала и районы работ

Все измерения гелия и водорода в донных осадках и воде в период 2013-2015 гт. выполнены автором. При интерпретации газогеохимической информации были обобщены результаты исследований, проведённые специалистами лаборатории газогеохимии: Обжировым А.И., Шакировым Р.Б, Верещагиной О.Ф., Мальцевой Е.В., Югай И.Г., Гресовым А.И. и др. Определение фоновых концентраций для районов работ выполнено с применением методов, регламентированных действующими нормативными указаниями установления фоновых концентраций веществ (газов) (Смирнов, Большев, 1983; Дэвис, 1990).

Цель и задачи исследования. Цель исследования - выявление закономерностей распределения газогеохимических полей на о. Сахалин и прилегающем шельфе и склоне, а так же определение возможных источников углеводородных и других газов в данном регионе и их геологическая интерпретация.

Задачи исследования:

1. Определение концентраций углеводородных газов, углекислого газа, водорода и гелия в свободных газопроявлениях, воде различных гидрогеологических горизонтов о.■ Сахалин и придонной среде шельфовой области. ;

2. Выявление фоновых и аномальных газогеохимических полей в водной толще западной части Охотского моря.

3. Геологическая интерпретация газогеохимических полей.

4. Определение источников аномальных газогеохимических полей на о. Сахалин, прилегающем шельфе и склоне с использованием параметров (состав газовых

компонентов, концентрация водорода и гелия, характеристика изотопного состава углерода метана).

5. Оценка взаимосвязи газогеохимических компонентов с геологическим строением с целью прогноза залежей углеводородов, газогидратов.

Методы исследования. Для решения поставленных задач в работе использованы следующие методы: 1. Газогеохимический. Метод является сочетанием оригинальных методических приемов натурных, лабораторных и теоретических исследований лаборатории газогеохимии ТОЙ ДВО РАН. В основе газогеохимического метода лежит технология представительного отбора газовых проб из различных сред, газохроматографический анализ и применение комплекса критериев анализа фонового и аномального газогеохимических полей. 2. Геоструктурный. Анализ геологических факторов, влияющих на распределение газогеохимических полей. 3. Геоэкологический. Сравнительная оценка характера распределения углеродсодержащих газов из источников различного генезиса в районах исследования. Газогеохимическое районирование.

Научная новизна. Автором в составе лаборатории газогеохимии были проведены газогеохимические исследования различных площадей и геологических объектов о. Сахалин, юго-западного и юго-восточного прилегающего шельфа и склона. В результате полученные данные были обобщены на основе имеющейся геологической информации, учитывая материалы предшественников, выполнена геологическая интерпретация газогеохимических полей и сделаны выводы об основных закономерностях их распределения на о. Сахалин и прилегающих акваториях.

Несмотря на хорошую изученность охогоморского региона целый ряд важнейших научных вопросов, имеющих непосредственное практическое значение, до сих пор остается слабоизученным или недостаточно разработанным. В частности к ним относятся условия формирования и распределения газогеохимических полей, оценка наиболее важных геологических факторов, способствующих этим процессам, а так же определение источников поступления газа. Все эти вопросы рассмотрены в настоящей работе. Автором впервые проведено районирование о. Сахалин и прилегающего юго-западного и юго-восточного шельфа и склона по газогеохимическим критериям (химический и изотопный состав газов), дана характеристика источников поступления газа по изотопным данным, а так же выявлены особенности распределения гелия и водорода в донных отложениях и морской воде прилегающих акваторий.

Впервые измерены концентрации гелия и водорода в осадке юго-западного и юго-восточного шельфа и склона о. Сахалин с применением метода газовой хроматографии (портативный газовый хроматограф «Газохром-2000»).

Основные положения, выносимые на защиту.

1. На острове Сахалин выделены две основные газогеохимические зоны: Метановая (нефтегазоносная, северо-восточная) и Углекисло-Метановая (преимущественно углегазоносная, юго-западная). Их формирование обусловлено разницей в тектоническом строении и в источниках углеводородов (нефтяные и углегазовые). Выявленные закономерности позволяют проводить газогеохимическое районирование.

2. На о. Сахалин в южном направлении идет утяжеление изотопного состава углерода метана, выявлена тенденция к увеличению концентраций его гомологов и

углекислого газа, что определяется особенностями геологического развитая и тектоническим строением.

3. Аномалии гелия и водорода в гидратоносных осадках присахалинского склона контролируются разломами и обусловлены вертикальной миграцией газа вдоль бортов тектонических прогибов, с признаками термогенных и глубинных флюидов.

Степень достоверности результатов. В основу диссертации положены данные исследований полученные автором в экспедициях на о. Сахалин, а также в Охотском и Японском морях начиная с 2008 года. При участии автора на акватории было выполнено 60 литологических станций и 44 станции СТО. На содержание гелия и водорода лично автором проанализировано более 900 проб морской воды и свободного газа и 1000 проб донных осадков. При геологической интерпретации газогеохимической информации также были исследованы и сопоставлены результаты исследований лаборатории газогеохимии ТОН ДВО РАН с 1991 г.

Степень достоверности результатов работы подтверждается значительным объёмом исследований и сходимостью фактических материалов определения концентраций газов и изотопного состава по разным районам и с данными предшественников.

Достоверность газоаналигаческих работ определяется современным уровнем применявшегося хроматографического оборудования, методами отбора и дегазации проб, методиками обработки как результатов исследований, так и используемых стандартов, констант и алгоритмов расчёта. Методики газогеохимических исследований закреплены в Паспорте лаборатории газогеохимии ПС 1.021-12, утвержденном Свидетельством Росстандарта №49, в патентах и публикациях сотрудников лаборатории газогеохимии ТОЙ ДВО РАН и отчетах по морским экспедициям и НИР.

Материалы диссертационной работы изложены в 5 статьях рецензируемых журналах перечня ВАК и 1 научно-исследовательском отчете в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной Россию) на 2009-2013 годы.

Теоретическая и практическая значимость исследования. Создана база газогеохимических и изотопно-газогеохимических данных о. Сахалин и прилегающего шельфа и склона, которая может быть использована для решения ряда геологических и других теоретических и практических задач в связи с возможностью быстрого анализа как картографических, так и табличных данных.

Проведенные исследования позволяют выделить районы с наиболее высокими концентрациями гелия, водорода, метана и его гомологов и других природных свободных и растворенных газов, как перспективные для поисков нефти и газа.

Были выделены районы основных источников природных газов, поступающих из недр в атмосферу и поверхностные воды, определен их газовый состав.

Полученные данные газогеохимических исследований могут использоваться для оценки степени газоопасности территорий о. Сахалин. Эта исследования обретают особую значимость, так как основные населенные пункты расположены вблизи геологических объектов острова (грязевые вулканы, минеральные воды, гидротермальные источники и т.д.).

Полученный газогеохимический материал является основой дня составления карт фоновых и аномальных газогеохимических полей и зон нарушения естественного

газогеохимического фона под воздействием природных и антропогенных факторов по данным измерения углеводородных газов, углекислого газа, гелия и водорода.

Практическая значимость изучения потока глубинных флюидов на шельфе и склоне о. Сахалин связана, в первую очередь, с интенсивной промышленной разработкой. При строительстве буровых станций необходимо учитывать интенсивность потока газов, который определяется тектоническими условиями и сейсмической активностью района

Проведены измерения гелия и водорода в морских осадках и воде на юго-восточном и юго-западном склоне о. Сахалин. Метод определения гелия и водорода показал свою эффективность и позволил получить важные характеристики газогидратоносных участков и зон разломов Охотского моря.

Апробация результатов исследования. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на 10 Международных, 2 Всероссийских и 9 региональных конференциях: Пятая Сахалинская молодежная научная школа «Природные катастрофы: изучение, мониторинг, прогноз» (Южно-Сахалинск, 2010); Конференция, приуроченная к празднованию 65-летия Института морской геологии и геофизики ДВО РАН (Южно-Сахалинск, 2011); Научная конференция «Вологдинские чтения» (Владивосток, 2011); First International Youth Conference «Oil&Gas. APR-2012 (Vladivostok, 2012); Конференция молодых ученых (Современные проблемы геологии, геохимии и геоэкологии Дальнего Востока России (Владивосток, 2012); Молодежный научный симпозиум «Современные научные исследования на Дальнем Востоке» (Южно-Сахалинск, 2012); XI Молодежная научная конференция с элементами научной школы «Географические и геоэкологические исследования на Дальнем Востоке» (Владивосток, 2012); 2-ой Русско-Китайский симпозиум по морским наукам «Marine Environmental and Resourcesin 21st Century» (Владивосток, 2012); Всероссийская конференция VIII Косыгинские чтения «Тектоника, глубинное строение и минерагения востока Азии» (Хабаровск, 2013); VI конференция молодых ученых «Океанологические исследования» (Владивосток, 2013); Научная конференция «Океанография залива Петра Великого и прилегающей части Японского моря» (Владивосток, 2013); The second national scientific conference on marine geology Hanoi-HaLong (Hanoi, 2013); WESTPAC International Scientific Symposium (NhaTrang, Vietnam, 2014); IV Международная научная конференция «Нефть и газ - АТР 2015» (Владивосток, ДВФУ, 2015).

Публикации результатов исследования. Основные теоретические и практические результаты диссертации опубликованы в 28 статьях и докладах, среди которых 5 публикаций в рецензируемых изданиях, рекомендованных в действующем перечне ВАК. Доклады были доложены и получили одобрение на 22 международных, всероссийских и межвузовских научно-практических конференциях.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, включающих обзор литературы и собственные исследования, заключение, а также список терминов и список литературы. Работа изложена на 140 страницах, иллюстрирована 33 рисунками и 12 таблицами. Список литературы включает 123 источника.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОГО ИССЛЕДОВАНИЯ 1.Газогеохимическое районирование о. Сахалин

Геологическая структура Сахалинского региона сформирована в процессе конвергентного, трансформного и коллизионного взаимодействия литосферных плит, сопровождающегося заложением и развитием континентальных окраин в течение позднемезозойского и кайнозойского времени (Гранник и др., 2013).

На о. Сахалин распространены нефтегазовые месторождения, широко развиты угольные бассейны, грязевые вулканы, геотермальные системы и минеральные источники. На Сахалине вдоль разломов глубокого заложения отмечаются линейно расположенные пояса интрузивов (Равдоникас, 1986), проявления древнего вулканизма, активные грязевые вулканы, нефтегазопроявления, гидротермальные изменения пород (окварцевание, карбонатизация) и рудопроявления. В зонах пересечений разломов наблюдается усиление тектонической и магматической активности.

Активная вертикальная разгрузка флюидов в пределах региона обнаруживается в виде скоплений углеводородов, грязевых вулканов и термальных источников. Скопления углеводородов приурочены к складчатым структурам и разломным зонам различной проницаемости, что доказывает вертикальную миграцию газов и флюидов по флюидопроводящим системам. Основными путями миграции служат разрывные нарушения и узлы пересечений разрывов.

Крупный Хоккайдо-Сахалинский разлом контролирует размещение мезозойских магматических формаций на своем южном отрезке. В районе северного звена этого глубинного сдвига расположены основные скопления углеводородов островной части региона. Западно-Сахалинский глубинный разлом представляет собой крупную проницаемую зону и контролирует основные угольные месторождения острова. В южной части острова Западно-Сахалинский разлом проходит в шельфовой части Татарского пролива, где с участием автора были обнаружены многочисленные поля газовой эмиссии. Центрально-Сахалинский разлом отличается активным флюидодинамическим режимом и представляет собой крупнейшую проницаемую зону. В ее северной части расположены кайнозойские магматические и другие формации. К зоне влияния Центрально-Сахалинского разлома приурочены термальные и холодные водногазовые источники, грязевые вулканы, нефтегазопроявления. В южной части разлома установлены меловые отложения. На контакте меловых и кайнозойских отложений внедрялись интрузивные тела (дайки), расположены палеовулканические центры (Харахинов, 2010).

В работе предложено районирование территории согласно газогеохимическим критериям: химический и изотопный состав природных газов источников, углепроявлений, термальных систем, грязевых вулканов, скважин, залежей нефти и газа и др. Использован термин «газогеохимическая зона», в аспекте исследования это территория, на поверхность которой из недр поступают газы определенного состава, связанные общностью происхождения (генезиса) и особенностями распределения. Основными углерод-содержащими газами на острове Сахалин являются метан и углекислый газ. Углеводородные газы ряда этан-пентан, как правило, в сумме не превышают первых процентов.

Концентрации метана в газе нефтегазовых месторождений северо-восточного шельфа Сахалина - 87-98%. Содержание гомологов метана (ряд этан-пентан) при этом невелико (редко достигает 5% об. в сумме). В свободном газе пузырей в микроконцентрациях присутствуют этан, пропан и бутан. По данным (Лаврушин, Поляк, 1996) средняя концентрация гелия в свободных газах ряда нефтегазовых месторождений Сахалина — 20-30 ррш. На Киринском газоконденсатном месторождении содержание гелия в свободных газороявлениях в среднем составляет 17 ррш (в 3 раза выше фона), а водорода 2.5 ррт.

Химический состав газа сахалинских геотермальных систем рассмотрен на примере Дашнского и Лунскош месторождений термальных вод. На Дагинском гидротермальном поле поступление из недр на поверхность горячих вод и метана связано с зоной разрывов. На небольшой глубине залегают высокопластичные толщи, возможно неогенового возраста. Содержание метана в среднем составляет здесь 93%, а углекислого газа 0.12%. Участок месторождения контролируется Хоккайдо-Сахалинской системой разломов.

Необходимо отметить схожесть химического состава газов Дагинских термальных вод и Лунского месторождения нефти и газа - наличие метана в качестве основного компонента свободных газов (до 94%) при сумме других углеводородных газов менее 1%. Генезис такого газа происходит в результате анаэробного разложения органического вещества на глубинах не менее 2 км. Для обоих месторождений вод характерно превышение фоновых концентраций гелия и водорода в свободной фазе в 3-4 раза (до 20 ррш и до 22 ррш соответственно).

Для выявления газогеохимических особенностей угленосных районов были проанализированы месторождения, расположенные преимущественно в западной, юго-западной части острова, где развиты меловые и палеоген-неогеновые отложения. Накопление угленосных отложений происходило при относительно низком уровне моря, развиты континентальные отложения. Прослои торфа и обогащенные органическим веществом глины встречаются в четвертичных отложениях, слагающих низкие морские террасы (Грецкая, 2010). Угленосные районы о. Сахалин в целом характеризуются высокими значениями концентраций метана (от 10 до 90% об.) и существенным количеством углекислого газа (как правило, 5-10%). Концентрации гелия и водорода в углегазовых объектах часто превышают фоновые содержание в 2 и более раз. Вклад водоминеральных источников в газовый облик юга Сахалина рассмотрен на примере Синегорского и Волчанского месторождений углекислых вод. Концентрации СОг в спонтанном газе Синегорского месторождения — 99%, Волчанского — 61% (CHt — до 30%). В газе данных месторождений высокое содержание гелия до 105 ррш.

На острове существует две крупные грязевулканические системы: ЮжноСахалинский грязевой вулкан (ЮСГВ) и Пугачевская группа грязевых вулканов (111 Б). В результате наблюдений в период с 2001-2013 был установлен средний химический состав свободных газов во время пассивных периодов (табл. 1).

Пугачевский грязевой вулкан находится в главном поле выхода на дневную поверхность меловых пород Сахалина, которые образуют мощную толщу (порядка 4—5 км) (Веселое и др., 2012).Особенности геологического развития области образования грязевых вулканов указывают на большую вероятность нахождения в районе Пугачевского вулкана залежей углеводородов.

Преобладающий газовый компонент ЮСГВ - СОг (до 74%); значительных концентраций достигает и СИ» (до 24%). 111В характеризуется низкой интенсивностью выделения свободных газов из грифонов. Преобладающие газовые компонент ПГВ - СОг с концентрацией 25% и СН4 — 74%. Для обоих грязевых вулканов характерно наличие тяжелых углеводородов до пентана включительно, что указывает на общность их генезиса.

Таблица 1

Химический состав свободных газов грязевых вулканов Сахалина

Об]£КТ Год отбора проб СОг, % Оз+Аг, % N2,% аи, % СгНб, ррт СзЩррт i-CiHio, ррт П-С4Н10, ррт Не, ррт Н2,ррт

ЮСГВ 2001 69.283.9 0.2-7.4 2-52 12.428.4 1.6371 7.5-426 6.9-90.5 0.6-108.7

2005 58.686.7 0.1-0.9 12-6.9 11.833.3 0.162855 0.04-581 0.005-128 0.005-125

2007 68.378.8 0.1-3.2 1.1-3.3 12.735.6 0.0702 0.02-0.05 0.005-0.01 0.006-0.01 11.840.9 6.3-15

2009 67.384.1 02-12 1.5-4.6 13.329.8 0.1025 0.03-0.1 0.005-0.1 0.005-0.1

2011 68.492.5 0.1-0.3 1.24-2 6.629.5 0.06027 0.01-0.058 0.003-0.01 0.005-0.01 16.843.7 0.2-1.6

2013 72287 0.154.8 1.4-17.5 1023.5 0.120.24 0.02-0.05 0.00070.009 0.00090.002 1231.7 0.4-5.7

ПГВ 2001 8.6 18.4 60.4 12.6 92.8 не определено не определено не определено

2005 6.427 2.721.8 не измерялось 6383 0.55.6 0.3-0.9 не определено не определено

2009 18.8 5.3 12.6 63.3 0.020.03 не определено не определено не определено

Примечание. Анализ выполнили-Мальцева Е.В., Верещагина О.Ф., Шакиров Р.Б., Сырбу Н.С.

Выводы о глубинном источнике газов Пугачевского и Южно-Сахалинского грязевых вулканов вулкана подтверждаются работами многих исследователей (Веселое и др., 2012; Ершов и др., 2011), что газы грязевых вулканов генерируются в осадочных толщах на глубинах порядка 5-6 км.

Грязевые вулканы — локальные газодренажные системы земной коры, но их следует рассматривать в системе контролирующих линейных структур. Разломная зона представляет собой единую флюидодинамическую систему, на некоторых участках которой, особенно в зоне пересечения разрывных нарушений или в местах внедрения интрузивных тел, возникают специфические условия для формирования потоков газов определенного состава.

Юго-восточная часть острова имеет блоковое строение и сложена юрскими образованиями и метаморфическими сланцами. Вдоль Центрально-Сахалинского разлома верхнемеловые отложения надвинуты на палеоген-неогеновые (Геология СССР, о. Сахалин, 1970). На южном участке Центрально-Сахалинского разлома (до с. Синегорск) отмечается множество разрывов, по которым проходит тектонический контакт между мезозойскими (меловыми) и кайнозойскими (палеоген-неогеновыми) отложениями.

В направлении от Пугачевского грязевого вулкана значительная доля метана (до 60%) сменяется на преобладание углекислого газа в ЮСГВ и Синегорском месторождении минеральных вод, что вероятно объясняется внедрением интрузивных тел, закартированных, например, в районе Синегорска (дайки диабазов) (Аверьев, 1975).

Обобщение особенностей распределения источников СНд и СОг на о. Сахалин показало: в северо-восточной и восточной части острова системы газовой разгрузки представлены главным образом метаном, при этом углекислый газ наблюдается в минимальных концентрациях. Напротив, в западной и юго-западной части острова расположены объекты, в которых углекислый газ является основным компонентом (грязевые вулканы, водоминеральные источники) или составляет значительную часть (угольные залежи), при этом также увеличена доля углеводородных газов ряда этан-пентан.

Эти закономерности позволили выделить две основные газогеохимические зоны первого порядка: Метановая (северо-восточная часть острова Сахалин) и Углекисло-Метановая (запад, юго-запад) (рис. 2).

Рис. 2. Схема газогеохимического районирования о. Сахалин: красная линия - граница газогеохимических зон, черные линии - зоны, синий цвет на диаграмме — СОг, белый цвет - СНк На карте отмечены диаграммами опорные о&ьекты исследования

Схема газогеохимичекого районирования о. Сахалин отражает различия в геологическом строении северо-восточной и юго-западной частей острова. Основные нефтегазопроявления расположены в пределах Северо-Сахалинского прогиба и приурочены к кайнозойским отложениям (средний и верхний миоцен, плиоцен)

накопленных в морских условиях. Расположение месторождений углеводородов в районе Сах;шинской складчатой системы контролируется субмеридиональными разломами сдвигового типа, которые служат основными каналами для миграции газов и флюидов. Современная активная миграция вдоль разломов подтверждается многочисленными нефтегазопроявлениями, минеральными источниками и газовыми аномалиями. Во время сейс мо-тектонической активности увеличивается миграции флюидов и потоков газа.

Южная и юго-западная часть острова сложены преимущественно континентальными терригенными отложениями нижнемелового, верхнемелового и палеоген-неогенового возраста, при этом в ряде случаев органическое вещество может иметь также морской генезис (Полоник и др., 2015). В этой части острова к зонам разломов приурочены разновозрастные интрузии. Повышенная сейсмичность, а также наличие в этом районе активных грязевых вулканов и минеральных источников свидетельствует об активности разломов. Одним из возможных локальных источников углекислого газа и изотопно-тяжелых углеводородных газов в западной зоне являются палеовулканы, однако, они имеют единично-групповое распространение. Важную роль в распределение потоков гетерогенных газов также вносят тектонические разломы поперечного или субширотного простирания.

2. Источники генерации природных газов в геолого-текгонических системах о.

Сахалин

Среди геолого-геохимических показателей, определяющих генетическую принадлежность углеводородных газов, важное место отводится изотопному составу углерода, так как процессы фракционирования изотопов обусловлены главным образом генетическими причинами и в меньшей степени вторичными изменениями при миграции (Галимов, 1968). Углерод метана изотопически утяжеляется по мере увеличения глубины его генерации. Это объясняется зависимостью изотопно-кинетического эффекта от температуры, которая возрастает с глубиной. В свою очередь, углерод метана, поднимаясь в верхнюю часть осадочной толщи, характеризуется уменьшением доли 13С в связи с вторичными процессами и смешением с микробными газами в зоне диагенеза (табл. 2).

В сложных условиях смешения газов информативность изотопно-газогеохимического метода может быть значительно повышена, если изотопный состав углерода метана рассматривать в комплексе с другими газовыми показателями, к числу которых относят метан и его гомологи, а также гелий и водород, извлекаемые из пород и воды.

Таблица2

Зависимость среднего изотопного состава углерода метана и углекислого газа от

температуры и глубины генерации

Типы газов 513С-СН4,%О 513С-СОг, %о Т,°С Н,м

Микробные газы -110--60 -12--26 <100 <1500

Термогенные газы -55 + -35 -12- -8 100-300 1500-7000

Метаморфогенные газы -35--15 -0-+2(-6--10) 300-400 7000-10000

Мантийные газы >-15 >+2 >400 >10000

В последние годы удалось установить, что изотопный состав углерода позволяет довольно надежно различать три генотипа метана.

1. Микробный метан. Такой метан образуется в анаэробной обстановке диагенеза и генерируется метановыми бактериями, которые начинают действовать лишь после полного исчерпания в осадках сначала свободного, а затем связанного кислорода; последнее означает прекращение бактериальной сульфат-редукции.

2. Термогенный (катагенетический) метан образуется при термокаталишческом разложении рассеянного органического вещества.

3. Метаморфогенный газ, генерируемый при высокотемпературных процессах метаморфизма горных пород, в том числе при проработке глубинным флюидом.

4. Глубинный метан — абиогенный (мантийный), отличается самым тяжелым изотопным составом углерода. Образование такого метана возможно при магматогенезе и промоделировано в лабораторных условиях, например, в каталитическом синтезе Фишера-Тропша и широко установлено в ультраосновных и других кристаллических породах.

Образование метана в осадках морей и пресноводных водоемов происходит преимущественно либо в результате микробных процессов преобразования органического вещества, либо в результате термокаталитических процессов. Микробный метан характеризуется невысокой примесью гомологов (этана, пропана, бутана) и их концентрация, как правило, на три порядка ниже, чем концентрация метана (С 1 /Сг+> 1 ООО). Содержание гомологов метана в термогенном газе существенно выше и может достигать 10-15 об. % (С1/С2+ < 100). Кроме того, в осадочной толще наряду с метаном, этаном и пропаном обнаруживаются непредельные углеводороды С2-С4 (этилен, пропилен и бутилен), которые не являются типичными составляющими термогенного газа, но могут образовываться как промежуточные продукты деструкции органического вещества.

На острове Сахалин распространены системы выходов природных газов с различными значениями С13/С12 стабильных изотопов углерода, что позволяет наметить определенное районирование территории острова по этому показателю (при учете других критериев и геологического строения).

Значения §13С-СН4 для ряда нефтегазовых месторождений Сахалина варьируют в пределах -32.6 -43%о, что указывает на преимущественно термогенное происхождение метана с участием метаморфогенной, и возможно, глубинной компоненты.

Для понимания единства процессов газообразования в районе северо-восточного нефтегазоносного шельфа в 2005 г был проведен ряд экспериментов. В воде и пузырях газа Дагинских газогеотермальных источников присутствует в основном метан (до 95%) с изотопным составом -57 65%о, а также этан, пропан и бутан (в сумме около 0.1%), что свидетельствует о смешанном микробном и термогенном генезисе газа Дагинское месторождение контролируется разломами субмеридиональной Восточно-Сахалинской разломной зоны. Масс-спектрометрический анализ показывает практически один и тот же результат изотопных отношений углерода для проб газа пузырей 813С-СН4 = -54%о, термальной воды 613С-СН4 = -54.1%о, морской воды накрывающей месторождение в стороне 6|3С-СН4 -54.5%о и над самими термами в зоне смешения 813С-СН4 = -53.4%о. Пришедшая с приливом морская вода имеет единый генезис метана, на Дапшском месторождении и в шельфовых водах (концентрации СН4 до 10000 нл/л) [БЬакпоу е1 а1., 2004]. По приведенным соотношениям он ближе всего к Айской площади и попадает в ряд

нефтегазовых месторождений северного Сахалина. Это указывает, согласно любым классификациям, на преобладание термогенной компоненты в составе природного газа нефтегазоносных площадей Сахалина и ближайшей акватории.

Изотопный состав углерода метана угольных месторождений варьирует довольно широко и составляет -36.4- -55.9%о (в среднем -46%о) и указывает на преимущественно углеметаморфогенный генезис. Углеметаморфогенные газы отличаются от термогенных по комплексу газогенетических критериев (Гресов и др., 2009; Гресов, 2011). В угленосной толще присутствует также миграционный тип метана, поступающий из подстилающих газоносных, возможно нефтегазоносных отложений и пород фундамента. Для газовых месторождений Сахалина характерный изотопный состав углерода метана: -38- -53%о, для газонефтяных: -37- -45%о, для нефтяных: -31- -34%о (Кудрявцева, Лобков, 1984). Изотопный состав углекислого газа изученных угольных месторождений лежит в широких пределах -7.7- -32%о, что указывает на вероятное наличие в угленосных толщах эндогенной глубинной компоненты.

Изотопный состав метана Синегорских минеральных вод составляет -36.7%о. Изотопный состав углекислого газа представлен широким разбросом значений -2 - -22.2%о, что свидетельствует как минимум о двух источниках - поступлении глубинного углекислого газа, и его образовании в результате разложения рассеянного органического вещества. Кроме известных источников нельзя исключать, что происхождение части углекислого газа на Синегорском месторождении может быть также обусловлено как магматическими источниками, так и молодым термометаморфизмом горных пород. Там, где в зону метаморфизма вовлекаются породы насыщенные органическим веществом (вероятно, начиная с верхнего мела) к С02 добавляется генерация изотопно тяжелого метана и повышенные концентрации его газообразных гомологов (ряда этан-пентан).

Вопрос изотопного состава углерода свободных газов грязевых вулканов Сахалина до недавнего времени был слабо изучен. Автором составлен реестр газогеохимических и изотопных данных о. Сахалин и прилегающего шельфа по данным исследований с 1991 г. Для ЮСГВ средний изотопный состав 613С-С02 составляет -2.8 - -2.7 %о и 513С-СН4 -27 %о. Для 111В изотопный состав 813С-С02 составляет -4 %о и 813С-СН4 равен -25 - -21 %0 (табл. 3).

Таблица 3

Изотопный состав углерода метана и углекислого газа, концентрации метана, углекислого газа, гелия и водорода в ЮСГВ

Год СН4, % S1 -t^-CH,. %о со2,% "Cndh-CCb %о Не, ррш Н->, ррш

2009 13.6-29.9 -29.8-27.3 67.5-84.1 -6.3-4

23.9(49) -28.8(49) 73(49) -5.3(49)

2010 17.9-23.9 -29.3-28.9 74 - 80.4 -5.4-4.7

21.5(5) -29.06(5) 76.5(5) -5.1(5)

2011 6.6-29.5 -27.6-30.3 65.8-80.3 -4.7-6.7 16.8-32.4 0.2-1.6

23.1(15) -28.7(15) 74.9(15) -5.6(15) 28.3(15) 0.7(15)

2013 10.9-24.2 72.2-87 12-30.2 0.4-24.6

18.9(24) 77.9(24) 23.8(24) 2.9(24)

Примечание. В числителе: минимальное - максимальное значение, в знаменателе: среднее,

в () - количество проанализированных проб.

Приведенные значения 5|3С-С02 близки к таковым для гидротермальных систем и магматических вулканов и указывает на поступление глубинного газа из мантии по зонам разломов. Соотношение стабильных изотопов углерода метана обоих вулканов указывает на происхождение метана в результате термогенного преобразования органического вещества и поступления компонентов глубинного неорганического генезиса.

На основе представительного набора изотопных данных выявлена тенденция увеличения концентрации 13С метана в углегазоносной (углекисло-метановой) зоне по отношению к нефтегазоносной (метановой) зоне. Для северо-восточной части острова средний изотопный состав углерода метана составляет -32 -55%о, а для юго-западной части -2 К -43%о (табл. 4).

Таблица 4

Изменение среднего изотопного состава углерода метана и углекислого газа в южном направлении в газах основных геологических объектов о.Сахалин

Объект 8 С-СН|,%о С1Ц, % "с-ссь, %0 са, % Источник

Нефтегазоносные области Астрахановское газоко1 те! гсатное месторождение -32.4 58.4-98.9 81.1(24) Кудрявцева, Лобков, 1984

Узловое газоконденсатное месторождение -32.6 92 Кудрявцева, Лобков, 1984

11екрасовский ЛУ -38.8 87.7 0.23 Лаврушин н др., 1996 Яцук, 2013

Киринский ЛУ (газопрояатение) -73 95 -70 0.2 Яиук, 2014

Восточно-одоптинский участок -41.4 92 Кудрявцева, Лобков, 1984

Дагинекая геотермальная система -53.4 93 0.12 Шакнров, Обжиров и др., 2005

Угольные месторождения ш. Ударновская -43.8 26.7-93.8 47.6(13) -23.9 1.9-8.4 5.7(13) Гресов, Обжиров, 2009

ш. Углегорская -44.8 11.8-90.1 42.3(9) -19.02 7.9 Гресов, Обжиров, 2009

Волчанские минеральные воды -33.1 31.9 -10.4 31.9 Шакиров,2014

Синегорское месторождение углекислых вод -36.7 -2-3 -2.СН- -222 90 Гресов, 1996 Аверьев, 1975

Районы грязевого вулканизма ГПГВ -21.7 70 -17.5 25 Шакиров, 2006

ЮСГВ -24 -20 -4.3 68 Ватяев и др., 1980

-28 24 -5.1 75 Ершов, Шакиров, 2010; Сырбу, Шакиров, 2010

Примечание. В числителе: минимачыюе-максимальное значение, в знаменателе: среднее, в()-количество проанализированных проб.

Таким образом, сахалинский сегмент Хоккайдо-Сахалинской складчатой системы выделяется уникальной углеводородно-углекислотной изотопно-газогеохимической зональностью, определяемой размещением очагов гетерогенных газов и тектонически контролируемых газовых потоков. «Утяжеление» изотопного состава углерода метана и увеличение общего содержания углекислого газа в углегазоносной зоне обусловлено1 текгоно-магматическими и флюидодинамическими особенностями геологического строения острова (рис. 3). Глубинные сдвиги являются подводящими каналами как для; флюидов из осадочных бассейнов (углеводороды), так и для мантийных флюидов (гелий, | водород, углекислый газ). Поток газов по разломам усиливается во время повышения сейсмической активности (Кулинич и др., 2007).

138° 140' 142' 144' 146*

56*

54'

52'

50'

48°

46"

44

138° 140' 142° 144° 146'

Условные обозначения

• 01 10 №$1 19 ШШ 28 >.МШ 37 ШЯЛ 46

• 02 11 Р2] 20 ЙГ 29 • 38 Ш 47

• 03 ■ 12 м» К2 30 - 39 ■■ 48

04 га 13 N 22 ВШН 31 40 •19

05 ■ 14 К 23 [Ж]32 "*-»- 41 •£г 50

- 06 1Н 15 24 ргш 33 ...» 42

■ 07 16 » 25 Р2ЛШ 34 43

1 08 ЮЯ '7 ■1 26 га-сй 35 44

1 09 18 ' 27 ШШ 36 ЯН 45

Рис. 3. Карта основных геологических факторов, определяющих расположение грязевых вулканов, проявлений нефти и газа, геотермальных систем, угольных месторождений на о. Сахалин, его шельфе и склоне.

На основе карт: Географический атлас. Геологическая карта. Масштаб 1:16000000 (Колосова, 1982); Геологическая схема акустического фундамента (Ильев, Семакин и др., 2004); Карта нефтегазогеологического районирования Сахалинского региона (Харахинов, 2010); Схема флюидогеодинамики Татарского палеотрога, Западно-Сахалинского осадочного бассейна, (Харахинов, 2010):

01 — грязевые вулканы; 02 - нефтепроявления; 03 - газопроявления; 04 - газовые факелы; 05 - взбросы; 06 - разломные зоны (1- Западно-Сахалинский разлом, 2 -Центрально-Сахалинский разлом; 3 - Хоккайдо-Сахалинский разлом; 4 - Восточно-Сахалинский разлом; 5 — Западно — Дерюгинский разлом, 6 — Пограничный разлом; 7 — Первомайский разлом); 07 - месторождения каменного угля; 08 - месторождения нефти; 09 месторождения нефти и газа; 10 - месторождения торфа; 11 - месторождения газа; 12 -месторождения бурого угля; 13 - скопления газогидратов: а - установленные; б -предполагаемые; 14 — месторождения газа на шельфе; 15 - месторождения нефти на шельфе; 16 - границы газогеохимических зон; 17 - грашпоиды мезозойского возраста; 18 -гранитоиды палеозойского возраста; 19-23 - геологический возраст горных пород о. Сахалин: 19 - триасовая и юрская системы; 20 - палеозойская система; 21 - палеогеновая система; 22 - неогеновая система; 23 - меловая система; 24 - станции драгирования; 25 -скважина Новиковекая; 26 - мезозойские интрузии преимущественно гранитоидного состава; 27 — мезозойские и кайнозойские вулканиты преимущественно среднего и основного состава; 28 - кремнисто-глинистые слабометаморфизованные образования; 29 -Прикамчатский вал: кремнисто-вулканогенные (Т-К1); вулканогенно-осадочные метаморфизованные в зеленосланцеватой фации породы (1-К0; переслаивание песчаников и алевролитов (К1-2); Сахалин-Хоккайдо: вулканогенно-кремнистые образования, песчаники, алевролиты (1-К); 30 — образования офиолитового комплекса; 31 - туфы, туффиты, туфоалевролшы, туфоаргиллиты, туфопесчаники (КО, вулканогенно-кремнистые, терригенно-вулканогенные образования, олистостромы и турбидиты (К'0; 32

- песчаники, туфопесчаники, алевролиты, аргиллиты, кремнистые породы, редко известняки, туфы, туффиты среднего состава, лавы среднего, основного, реже кислого состава (лавы в основном в северной и восточной частях); 33 — Гижинская губа: гранулит-плагиогнейсовый и метаосадочный комплекс, карбонатно-терригенные образования; Кашеваровское и Срединно-Охотское поднятия: гнейсы, гранитогнейсы, кристаллические сланцы, амфиболиты, орто- и парасланцы, зеленокаменно-измененные вулканиты, кремнистые породы и яшмы, осадочно-вулканогенные породы; Район Шантарских островов: вулканогенно-кремнистые, вулканогенно-терригенные и терригенные образования; Поднятие Академии Наук СССР: осадочно-вулканогенные образования; 34 -заливы Анива и Терпения: метаморфические породы преимущественно вальзинской серии

PZз (сланцы, филлиты, кварциты, мраморы), осадочно-вулканогенные образования; Поднятия Центрально-Охотское и Института Океанологии: базальтовые, ацдезито-базальтовые и андезитовые порфиригы, альбитофиры, метаандезиты, дацитовые порфиршы; 35 — вулканогенно-осадочные породы и вулканиты существенно базальтового состава олигоцен-четвертичного возраста; 36 - морские молассы, турбидиты; 37 - ЮжноОхотская глубоководная впадина: комплекс магматитов существенно основного состава; 38

— субвертикальные геологические тела — индикаторы локальной флюидодинамической активности; 39 - изопахгаы кайнозойской складчатой области; 40 - сбросы; 41 - взбросо-

надвиги; 42 - олигоцен-эоценовые вулкано-тектониченские структуры; 43 — ареалы позднемиоцен-плиоценовой вулкано-тектонической активности; 44 - 46 - основные структурные элементы: 44 — субмоноклинальный склоновый западный прибортовой Присихотэалиский блок; 45 — Северо-Татарский грабен (суббассейн) — район частичной деструкции континентальной коры; 46 - Южно-Татарская глубоководная котловина (суббассейн) с субокеанической корой - район глубокой деструкции коры; 47 - зона интенсивной деструкции субокеанической коры; 48 — блоки Хоккайдо-Сахалинской складчатой системы; 49 - зональные рифтогенные грабены с частичной деструкцией континентальной коры; 50 - палеовулканы

Наличие в углегазоносной зоне активных грязевых вулканов и минеральных источников доказывает активность глубинных разломов, по которым происходит миграция глубинных флюидов. Факторами определяющими «утяжеление» изотопного состава углерода метана в южной и юго-западной части Сахалина, вероятно, являются повышенная сейсмическая активность разломов глубокого заложения, а так же наличие интрузивов и гидротермально изменённых пород.

Глубина сахалинских сдвигов определена по глубине очагов землетрясений - 15-20 км. По данным сейсмических исследований (Николаевский, 1986) таким глубинам соответствуют зоны трещиноватости, насыщенные флюидами, соединяющиеся с вертикальными разломами сдвигового типа. В таких местах происходит активная миграция газов. Вдоль Хоккайдо-Сахалинского и Центрально-Сахалинского разломов вертикальная амплитуда смещения блоков составляет 400^600 м. В периоды землетрясений в районе глубоких тектонических прогибов, вероятно, может происходить процесс смешивания глубинных флюидов и седиментогенных растворов, содержащих углеводородные газы, а также азот, сероводород и др. Во время сейсмо-текгонического сдвига происходит мшрация флюидов (растворенные в воде, метане и углекислом газе тяжелые углеводороды) в проницаемые зоны. Флюиды заполняют трещины и выдавливаются вверх по разлому. Если разлом перекрыт осадочным чехлом (пример — северо-восточная часть Сахалина), то флюиды скапливаются в пластах пористых и трещиноватых пород, а если разлом сообщается с земной поверхностью (восточная часть Сахалина), то флюиды выходят н поверхность (рис. 3).

Рассматриваемые природные объекты на острове Сахалин, контролируются линейными структурами — глубинными разломами, вдоль которых закономерно изменяются концентрации природных газов. Вероятно, газы на различных участках одного разлома будут иметь схожий генезис. Подводный рельеф Хоккайдо-Сахалинской складчатой области сложен и разнообразен, преобладают отрицательные формы рельефа По своему генезису шельф Хоккайдо-Сахалинской складчатой области является непосредственным продолжением суши. Об этом свидетельствует тот факт, что почти все грядово-горные элементы рельефа суши имеют отчетливо выраженные морфологические продолжения в виде подводных поднятий в пределах шельфа. Так как основные глубинные разломы о. Сахалин имеют свое продолжение на шельфе и склоне, то для выявления закономерностей распределения и генезиса газов были проведены газогеохимические исследования водной толщи и донных отложений восточного и западного шельфа и склона о. Сахалин, а так же склоне залива Терпения (западного борта Курильской котловины).

3. Газогеохимические поля восточного и западного шельфа и склона о. Сахалин, а также склона залива Терпения

Условия, определяющие газогеохимическую специализацию окраинных акваторий и их обрамления, вероятно, определяются геодинамическим режимом территории. Земная кора разбита тектоническими разломами, а по формируемым ими проницаемым зонам мигрируют глубинные газы, в том числе гелий и водород — важные индикаторы геологических процессов. Гелий, как правило, концентрируется в углеводородных флюидах, циркулирующих в зоне разломов. Поэтому тектонические нарушения, особенно глубинные разломы, фиксируются аномалиями гелия в поверхностных осадках и водах. Это справедливо даже в тех случаях, когда разломы перекрыты мощным чехлом осадочных отложений. В наиболее проницаемых зонах - каналах быстрой вертикальной миграции эндогенных газов — свободные водород и гелий (кроме коровою радиогенного гелия, состоящего в основном из изотопа 4Не и продуцируемого радиоактивным распадом урана и тория) мигрируют в виде газовых струй или в растворе с ювенильными водами. Из глубинных разломов максимально проницаемыми и, следовательно, наиболее перспективными на водород и гелий будут активизированные в неотектонический этап и особенно новейшие, ограничивающие зоны интенсивного современного тектонического прогибания (впадины типа трогов или грабенов) с сокращенной мощностью земной коры.

Распределение гелия и водорода в донных отложениях и воде в западной части Охотского моря изучалось автором в 2012-2014 гг. в рамках международного проекта ЗБСН (Газовые гидраты сахалинского склона, руководитель — д.г.-м.н. Обжиров А.И. (табл. 5 и 6). Данные в таблицах 5 и 6 приведены по расчетам затри года, 2012-2014 гг.

Таблица 5

Фоновые и аномальные концентрации гелия и водорода в донных осадках и воде ЮжноТатарского прогиба (Японское море)

Донные осадки Не,ррт Нг.ррт Мах аномалии Не, ррт Мах аномалии Нг, ррт

6 2 34.3 48.4

Газ, растворенный в воде Не, нл/л Шдм/л Мах аномалии Не, нл/л Мах аномалии Нг, нл/л

120 24 198 241

Таблица 6

Фоновые и аномальные концентрации гелия и водорода в донных осадках и воде на северо-западном борту Курильской котловины (Охотское море)

Донные осадки Не, ррт Нг,ррт Мах аномалии Не, ррт Мах аномалии Нг, ррт

4.5 4 57.3 20.5

Газ, растворенный в воде Не, нл/л Нг, нл/л Мах аномалии Не, нл/л Мах аномалии Нг, нл/л

49 26 118 114

Важные результаты были получены при изучении водной толщи в местах скоплений газогидратов. Выявлена закономерность — в придонном слое воды на участках с газогидратами резко возрастает концентрации Не и Н2, превышая фон в 2-3 раза (рис. 4).

Автором установлено, что природный газ в газогидратоносном осадке является гелиеносным, обнаруженные аномалии гелия свидетельствуют о наличии притока глубинных газов на юго-восточном склоне о. Сахалин (северо-западный борт Курильской котловины). Эта данные хорошо коррелируют с содержанием гелия в грязевых вулканах и минеральных источниках южной части о. Сахалин.

1.У62-07НС 1Д/62-08НС 1У62-09СТО

о 5 рргл 10 15 о РРт 10 20 30 О 5 ррт ю 15

Рис. 4. Распределение гелия и водорода в кернах осадках станций 07НС и 08НС, а также в воде станции 09СГО, 2013 г. (анализ выполнен м.н.с. Н.С. Сырбу): зеленый график—Не, ррт, синий график - Нг, ррт

Гелий является признаком глубинных разломов в земной коре, а повышенные концентрации Не3 обычно сопутствуют мантийным газам. Такие аномалии свойственны зонам рифтов, где мантия скрыта земной корой небольшой мощности. Глубинный гелий, вероятнее всего, мигрирует вместе с природным газом (метаном) через отложения западной части Курильской котловины. В данном районе в осадочной толще мощностью 1-3 км происходит интенсивное образование углеводородных газов, а аномалии гелия свидетельствуют о наличии еще более глубоких газовых источников в западной часта Курильской котловины. Глубинный гелий вовлекается в газовый метановый поток и поднимается к поверхности морского дна Аномалии гелия в осадках с газовыми гидратами доказывают миграционное (термогенное) происхождение природных газов (метана и его газообразных гомологов), которые кристаллизуются как гидраты метана в поверхностных осадках данного района Охотского моря и формируют аномальные газогеохимические поля во вмещающих осадках и толще вод.

Текгономагматическая активизация отдельных областей в осадочных бассейнах определяет пульсационный характер генерации гелия. Выходы газа встречаются в местах, где сконцентрированные потоки флюидов превышают вмещающий объем порового пространства, в результате чего метан просачивается через донные осадки в толщу воды. Миграция газов и флюидов осуществляется через тектонические нарушения придонных осадочных горизонтов в зонах динамического влияния глубоких разломов. Частично этот газ может быть гидратообразующим. Разрушаясь, при изменении давления и/или

о

50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

температуры, сейсмотектонической активизации газовые гидраты могут подпитывать газовые сипы на дне моря, что в результате приводит к дестабилизации осадков.

Повышенное содержание водорода указывает на то, что разломы в районе исследований сейсмически активны. Совпадение аномалий гелия, метана и водорода свидетельствует об активности геологической структуры, в пределах которой происходит перенос термогенных и глубинных газов. Аномальные по содержанию гелия и водорода осадки, а также газогидраты, находятся в узле пересечения тектонических разломов. Такие места в Охотском море являются наиболее благоприятными для активной разгрузки газов и флюидов (Шакиров, 2003).

При наличии интенсивного восходящего потока природного газа создаются благоприятные условия для развития микробных процессов, и изотопное соотношение 13С/12С термогенного метана маскируется добавлением значительной доли микробного газа из верхних горизонтов осадка. В таких случаях попутные измерения гелия и водорода необходимы для распознания природы газового потока.

Масс-спектрометрические анализы метана, растворенного в водах присахалинского шельфа, были выполнены в ходе реализации международных проектов 1998 - 2012 гг. Согласно полученным результатам, метан шельфа представлен смесью ярко выраженной фмогенной компоненты (8|3С -35%о) и микробного газа (613С -77%о) с преобладанием в различных геологических обстановках того или другого компонента.

Позднемезозойская-раннекайнозойская Хоккайдо-Сахалинская складчатая система является представительным объектом для изучения особенностей газогеохимического режима переходной зоны континент-океан. Южный Сахалин и западная часть Курильской котловины является связующим звеном между структурами Сахалина и Хоккайдо, что эебует проведения дальнейших исследований.

Изучение химического состава природных газов шельфа и склона о. Сахалин, северозападного борта Курильской котловины, южной части Татарского пролива и в целом в пределах Хоккайдо-Сахалинской складчатой системы указывает, что распределение углеводородных газов, гелия, водорода и углекислого газа тесно связано с геолош-жтоническим строением районов. При этом выявленные закономерности распределения газогеохимических полей в аспектах изменчивости химического и изотопного состава позволяют получить новые характеристики геологических структур и на основе сопоставления детализировать взаимосвязь прибрежных и подводных участков.

ВЫВОДЫ

В работе изложены научно-обоснованные закономерности распределения газогеохимичеких полей о. Сахалин и западной части Охотского моря на основе газогеохимических критериев: химический и изотопный состав природных газов, что имеет существенное научное и практическое значение. В работе также содержится азработка и апробация метода по изучению концентраций гелия и водорода в донных отложениях и воде, что позволяет получить важные газогеохимические данные для поиска газогидратов и нефтегазовых залежей.

1. Определены концентрации углеводородных газов, углекислого газа, водорода и гелия в свободных газопроявлениях, воде различных гидрогеологических горизонтов о.

Сахалин и придонной среде прибрежных акваторий. Особенности распределения источников метана и углекислого газа на Сахалине позволили выявить закономерности распределения газогеохимических полей на о. Сахалин и прилегающих акваториях.

2. Сахалинский сегмент Хоккайдо-Сахалинской складчатой системы выделяется уникальной углеводородно-углекислой изотопно-газогеохимической зональностью, определяемой размещением очагов гетерогенных газов и сейсмотектонически контролируемых газовых потоков. Выявленные закономерности позволяют проводить газовое геохимическое картирование.

3. Природный газ в газогидратоносном осадке является гелиеносным, обнаруженные аномалии гелия свидетельствуют о наличии притока глубинных газов в районе юго-восточного и юго-западного шельфа и склона о. Сахалин.

4. В местах скоплений газогидратов аномалии гелия фиксируются как в осадке, так и в придонном слое воды. Повышенное содержание водорода указывает на то, что главные разломы в районе исследований сейсмически активны.

5. Изотопный состав углерода метана, а также наличие гелия и водорода в газах нефтегазоносного шельфа Сахалина позволяют сделать вывод о том, что это газы в целом микробного и термогенного происхождения с возможным участием глубинных газов в зонах разломов.

6. Активные разломы и тектонические прогибы определяют положение выходов термогенного метана, а также глубинного гелия и водорода на о. Сахалин и прилегающем шельфе и склоне.

7. В рамках совместного Российско-Японско-Корейского проекта автором успешно проведены измерения гелия и водорода в морских осадках и толще вод на юго-восточном и юго-западном склоне о. Сахалин. Метод достаточно эффективен и позволяет получить важные данные для газогеохимических исследований газогидратоносных участков и разломов Охотского и Японского морей.

8. Автором составлен реестр газогеохимических и изотопных данных о. Сахалин и прилегающего шельфа по данным исследований лаборатории газогеохимии с 1991 г.

ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИОННОГО

ИССЛЕДОВАНИЯ

1. Шакиров, Р.Б. Природные источники метана и углекислого газа на о. Сахалин и их клад в формирование эколого-газогеохимических зон / Р.Б. Шакиров, Н.С. Сырбу // еоэкология. -2012. -№4. - С. 344-353. -0,42 пл.

2. Шакиров, Р.Б. Изотопно-газогеохимические особенности распределения метана и лекислого газа на о. Сахалин и прилегающем шельфе Охотского моря / Р.Б. Шакиров, .С. Сырбу, А.И. Обжиров // Вестаик КРАУНЦ. -2012. - Т. 2. -№ 20. С. 80-93. -1,7 пл.

3. Обжиров, А.И. Газогеохимические аномалии метана в Охотском море и его шельфе / .И. Обжиров, Р.Б. Шакиров, Е.В. Коровицкая, Н.С. Сырбу, А.И. Гресов // Вестник ДВО АН. -2012. -№6. - С.32-41. - 0,42 пл.

4. Shakirov, R. В. Natural Sources of Methane and Carbon Dioxide on Sakhalin Island and leir Role in the Formation of Ecological Gas-Geochemical Zones / R.B. Shakirov, N.S. Syrbu // 'ater Resources. - 2013. - Vol. 40. - №7. - P. 752-760. - 0,37пл.

5. Академик B.A. Акуличев. Аномалии природных газов в заливе Тонкин (Южно-лтайское море) / Академик Акуличев В.А., Обжиров А.И., Шакиров Р.Б., Фунг Ван Фать, гуен Ну Чунг, Зыонг Куок Хын, Мальцева Е.В., Сырбу Н.С., Полоник Н.С., Ле Дык Ань

/Доклады Академии наук.-2015.-Т. 461.-№ 1.-С. 53-57.-0,31 пл.

6. Le Due Anh. Characteristics of helium, methane and hydrogen distribution and their lationship with fault systems in the north of the gulf of Tonkin / Le Due Anh, Nguyen Nhu rung, Phung Van Phach, Duong Quoc Hung, Nguyen Trung Thanh, Nguyen Van Diep, Bui Van am, R.Shakirov, A. Obzhirov, I.Iugai, E.Mal'tseva, I.Telegin, N.Syrbu // Journal of Marine cience and Technology. Vietnam Academy of Sciences and Technology (VAST). -2015. - No. 4. P. 78-88.

7. Газогеохимические поля Приморского шельфа Японского моря и сопредельной уши: Научно-технический отчет (итоговый) / ФЦП; Руководитель Н.С. Сырбу. - Шифр явки «2012-1.3.2-12-000-1006-001»; Соглашение № 14.132.21.1377 (с учетом ополнительного соглашения от 18 марта 2013 г.№ 14.132.21.1377). —М, —2013. —32 с.

8. Сырбу, Н.С. Основные природные газы Сахалина: распределение и генезис // риродные катастрофы: изучение, мониторинг, прогноз: тезисы докладов Пятой ахалинской молодежной научной школы, 8-10 июня 2010 г. / Н.С. Сырбу, Р.Б. Шакиров. -Ужно-Сахалинск: ИМГиГ ДВО РАН, 2010. - С. 141-143. - 0,12 пл.

9. Сырбу, Н.С. Основные природные газы Сахалина: распределение и генезис // овременные проблемы регионального развития: материалы П1-Й международной научной онференции, 22-24 ноября 2010 г. / Н.С. Сырбу, Р.Б. Шакиров. - Биробиджан: ИКАРП ВО РАН, 2010. - С. 88-89. - 0,08 пл.

10. Сырбу, Н.С. Роль природных источников метана и углекислого газа в ормировании газоопасных районов о. Сахалин // Геодинамические процессы и природные тгастрофы в Дальневосточном регионе: научная конференция, посвященная 65-летию нституга морской геологии и геофизики ДВО РАН: тезисы докладов, 26-30 сентября 2011 . / Н.С. Сырбу, Р.Б. Шакиров. - Южно-Сахалинск: ИМГиГ ДВО РАН, 2011. - С. 60-61. 0,08 пл.

11. Сырбу, Н.С. Газогеохимический режим природных источников углеводородных газов на о.Сахалин и условия размещения газоопасных районов // Геология, геофизика и геоэкология: исследования молодых ученых: сборник материалов конференции, 8-10 ноября 2011 г. / Н.С. Сырбу, Р.Б. Шакиров. - Апатиты: Изд-во Кольского научного центра РАН,2011.-С. 185-187. -0,125 пл.

12. Syrbu, N.S. СН4 and СО2 zoning of Sakhalin island // Oil & Gas. APR-2012. Resources, Technologies, Cooperation: proceedings of First International Youth Conference, May, 29-30, 2012 / N.S. Syrbu, R.B. Shakirov, Le Due Anh. - Vladivostok: FEFU, 2012. - P. 191-195. - 0 пл.

13. Сырбу, Н.С. Природные источники метана и углекислого газа на о. Сахалин и i; вклад в формирование газогеохимических зон //Современные проблемы геологии геохимии и геоэкологии Дальнего Востока России: материалы 4-ой конференции молодь; ученых, 27 августа - 5 сентября 2012 г. / Н.С. Сырбу, Р.Б. Шакиров. - Владивосток: Дальнаука, 2012. - С. 191-194.-0,16.

14. Сырбу, Н.С. Закономерности распределения углеводородных газов в природнь; источниках и формирование газоопасных районов на о.Сахалин // Современные научны исследования на Дальнем Востоке: материалы Молодежного научного симпозиума, 2-октября 2011 г. / Н.С. Сырбу, Р.Б. Шакиров. - Южно-Сахалинск: Изд-во ИРОСО, 2012. - С 113-116.-0,16 пл.

15. Shakirov, R.B. Methane distribution in north-west of Japan Sea: proposal for g-geochemical study on east-sea of Vietnam // International conference on Bien Dong: abstracts Sqjtember, 12-14, 2012 / R.B. Shakirov, G.I. Mishukova, O.F Vereschagina, N.S. Syrbu, A.I Obzhirov, E.A. Bessonova, Le Due Anh. - Vietnam, NhaTrang, 2012. - P. 124. - 0,04 пл.

16. Сырбу, H.C. Изотопно-газогеохимические особенности распределения метана углекислого газа на о. Сахалин // Географические и геоэкологические исследования н Дальнем Востоке: материалы XI молодежной научной конференции с элементами научно школы, 24-26 октября, 2012 г. / Н.С. Сырбу. - Владивосток, 2012. - С. 34-37. - 0,16 пл.

17. Сырбу, Н.С. Особенности распределения гелия и водорода на юго-восточном и юг западном склоне о. Сахалин // Океанологические исследования: тезисы докладов А конференции молодых ученых, 15-19 апреля 2013 г. / Н.С. Сырбу, Р.Б. Шакиров. Владивосток: Дальнаука, 2013 - С. 64-65. - 0,08 пл.

18. Сырбу, Н.С. Новые данные о распределении гелия и водорода в донных отложенш ^ залива Петра Великого // Океанография залива Петра Великого и прилегающей част Японского моря: тезисы докладов 2-ой научной конференции, 15-7 мая 2013 г. / Н.С Сырбу, Р.Б. Шакиров, А.К. Окулов. - Владивосток: Дальнаука, 2013. - С. 33. - 0,04 пл.

19. Shakirov, R. New gas hydrates in the Okhotsk and Japan seas:manifestations of Pacifi gashydrate belt // Opportunity and challenge - development and utilization of gas hydrates abstracts of 8-th International Conference on Gas Hydrates (ICGH8), 28 July - 1 August, 2014 /1 Shakirov, A. Obzhirov, H. Shoji, Y.K. Jin, N. Syrbu, N.N. Trung. - China, Beijing, 2014. - P.92 93.-0,08 пл.

20. Shakirov, R.B. Helium and hydrogen distribution in the sediments and sea water of west an south-east slope of Sakhalin Island (for 2012—2013) // Minerals of the ocean-7&deep-sea mineral and mining-4: abstracts of International conference, 02-05 июня 2014г. / R.B. Shakirov, NJS Syrbu, A.I. Obzhirov. - Санкт-Петербург, 2014. -P. 104-106. - 0,125 пл.

1111 Скрипка Виталии Борисович НИМ 253705500407

I . В. мдиносюк.

Заказ 1369 ог 15.09.2015г. Тираж 50 жх