Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2020, T. 492, № 1, стр. 113-117

Окраинно-шельфовая зона Восточно-Сибирского моря (ВСМ), континентальный склон и котловина Подводников Северного Ледовитого океана (рис. 1) являются в настоящее время объектами пристального внимания ученых мирового и российского научного сообщества. Интерес к этим объектам обусловлен не только их слабой изученностью, но и наличием геологических признаков нефтегазоносности [1–4]. В настоящей работе представлены новые данные газогеохимических исследований донных осадков, являющихся информационной базой для оценки перспектив нефтегазоносности.

Рис. 1.

Структурно-тектоническая карта района исследований [4, 5]: 1 – осадочные бассейны: I – Предвосточносибирский, II – Северо-Чукотский, III – Новосибирский; 2 – геоструктуры: 1 – Предвосточносибирский прогиб, 2 – Северо-Чукотский прогиб, 3 – поднятие Кучерова, 4 – Ломоносово-Менделеевская флексурно-разломная зона, 5 – поднятие Лонга, 6 –Новосибирско-Чукотский прогиб; 3 – тектонические нарушения: а – установленные, б – предполагаемые; 4 – стратоизогипсы, км; 5 – изобаты, м; 6 – площади распространения предполагаемых газонефтяных и нефтяных залежей (серая и темно-серая заливка); 7 – донные станции и их номера: а – рейс LV-45 (2008 г.), б – LV-77 (2016 г.). На врезке – географическое расположение района исследований.

В процессе газогеохимических исследований использовался метод отбора керна донных отложений из гидростатических трубок в герметические сосуды с последующей их дегазацией, хроматографическим, изотопным и химическим анализом газа и осадков в лабораториях газогеохимии и геохимии осадочных процессов ТОИ ДВО РАН, лаборатории стабильных изотопов и аналитической химии ДВГИ ДВО РАН, по аттестованным Росстандартом и оптимизированным для выполнения исследований методикам.

В составе газов донных отложений района исследований в интервале опробования 0.7–5.0 м установлены метан в концентрациях 0.0006–0.0122% (0.001–0.102 см³/кг) и его гомологи (до пентана включительно); в сумме – 0.00002–0.002% (0.00007–0.0055 см³/кг), углекислый газ – 0.2–4.6 (0.4–9.9), гелий – 0.00014–0.0015 (0.0003–0.005), водород – 0.0007–0.025 (0.0034–0.05), а также азот и аргон в сумме до 99%, редко – окись углерода и сероводород – до 0.001 и 0.002%.

В основе определения генезиса и идентификации углеводородных газов (УВГ) донных осадков использовался комплекс количественных геохимических показателей: молекулярной массы УВ-фракции (Мув), весовых концентраций индивидуальных УВ и их соотношений – коэффициентов “сухости” (Ксух), “влажности” (Квл) и преобразованности (Кпр), а также значения изотопного состава углерода СН₄, С₂Н₆, и СО₂. Коэффициенты Кпр, Ксух и Квл представлены соотношениями: (C2 × C4): C3 [6], С1: $\sum {{\text{C2}}{\kern 1pt} - {\kern 1pt} {\text{C5}}} $ [7] и $\sum {{\text{C2}}{\kern 1pt} - {\kern 1pt} {\text{C5}}} $: $\sum {{\text{C1}}{\kern 1pt} - {\kern 1pt} {\text{C5}}} $ × 100% [8, 9], где С₁–С₅ – весовые концентрации УВ в долях на 1000 (табл. 1).

Исходя из полученных показателей Мув 16.3–27.5 г/моль, Кпр – 4–327, Ксух – 0.4–39, Квл – 2.6–69.7 и значений δ¹³С СН₄, С₂Н₆, СО₂ (табл. 1), в донных осадках района исследований наблюдается распространение эпигенетических газов семи генетических групп, поступающих из подстилающих предполагаемых газоматеринских источников в процессе природной диффузии и миграции по зонам разломов и тектонических нарушений (табл. 2). При этом установлено, что формирование состава газа донных осадков подчиняется правилам аддитивности, т.е. последовательного накопления эпигенетических УВГ с доминированием газовой фазы и газогеохимических показателей более газонасыщенного газоматеринского источника.

Установленные изотопно-газогеохимические показатели УВГ генетических групп достаточно близки по значениям к их аналогам изученных геоструктур и осадочных бассейнов ВСМ [11–13] и угленефтегазоносных бассейнов Востока России в целом [14].

В донных осадках района исследований выделены три группы химических элементов – окраинно-шельфовой зоны (поднятия Лонга, Северо-Чукотского осадочного бассейна), континентального склона (Ломоносово-Менделеевской флексурно-разломной зоны, Предвосточносибирского и Северо-Чукотского бассейнов), террас и подножья котловины Подводников (Предвосточносибирского бассейна).

Установлено, что основным химическим элементом осадков является Si, максимум концентраций которого наблюдается в пределах окраинно-шельфовой площади ВСМ. Здесь же на бровке шельфа (поднятии Лонга и южном крыле Северо-Чукотского бассейна) максимумом концентраций характеризуются элементы первой группы – Hg, Sr, Ba, Ca, содержания которых в 1.2–2 раза превышают минимальные их значения, установленные в котловине Подводников. Концентрации элементов характеризуются положительной корреляцией с содержанием Сорг, значениями показателя Ксух и отрицательной – с показателями δ¹³С СН₄, С₂Н₆, СО₂, Мув, Кпр и Квл (табл. 1).

Максимумы концентраций элементов второй группы (Co, Ni, V, Cd, Cu, Zn,Ti) наблюдаются в пределах континентального склона Северного Ледовитого океана (Ломоносово-Менделеевской флексурно-разломной зоны, центральной части Северо-Чукотского и Предвосточносибирского бассейнов) на площадях распространения предполагаемых нефтегазовых, газонефтяных и нефтяных залежей, минимумы – внешнего шельфа (поднятия Лонга). Концентрации элементов группы характеризуются положительной корреляцией со значениями показателей δ¹³С СН₄, С₂Н₆, СО₂, Мув, Кпр, Квл. Содержания элементов в 1.2–1.5 раза превышают минимальные их значения, установленные на поднятии Лонга и южном крыле Северо-Чукотского бассейна.

Химические элементы третьей группы (Ta, W, Hf, Nb, Zr, Rb, Ве, Cs, Li, Tl, Th, As, Pb и редкоземельные металлы) характеризуются максимумами содержаний в пределах террас и подножья котловины Подводников Северного Ледовитого океана на площадях распространения прогнозных нефтегазовых и газонефтяных залежей и минимальными – в пределах окраинно-шельфовой зоны ВСМ. Концентрации элементов группы в 1.2–3.8 раза превышают их минимальные значения, установленные на поднятии Лонга, и характеризуются положительной корреляцией со значениями показателей δ¹³С СН₄, С₂Н₆, СО₂, Кпр, Квл. Аналогичная изменчивость показателей установлена и для значений суммы редкоземельных элементов (увеличение в 1.4 раза) и железомарганцевого модуля (в 3.2 раза). Возрастание значений алюмосиликатного и титанового модуля незначительное и не превышает 11–12%.

В целом вышеуказанные особенности распределения химических элементов в отложениях исследованных осадочных бассейнов в пределах предполагаемых газонефтяных и нефтяных залежей совпадают с выводами работы [15].

Исходя из результатов газогеохимических исследований, следует, что наиболее высокой нефтеперспективностью характеризуются центральная часть Северо-Чукотского осадочного бассейна, Ломоносово-Менделеевская флексурно-разломная зона, континентальный склон, террасы и подножье котловины Подводников (рис. 1).