Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2021, T. 501, № 2, стр. 219-225

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Материалом для исследования являются донные осадки, отобранные в процессе проведения ТОИ ДВО РАН трех российско-китайских экспедиций по проекту “Arctic Silk Way” на НИС “Академик М.А. Лаврентьев” (2016, 2018 и 2020 г., рис. 1). Длина поднятых колонок составляет от 52 до 590 см. Отбор осадочного материала осуществлялся прямоточными ударными трубками большого диаметра с пластиковыми вкладышами внутри. Дополнительно в ходе экспедиций коробчатыми пробоотборниками (бокскорерами) отбирались поверхностные осадки (интервал 0–30 см). Всего в районе исследования выполнено 26 донных станций, поднято 49 кернов и 11 бокскореров (глубина моря 75–2565 м).

Рис. 1.

Структурно-тектоническая карта района исследований [7–9]: 1 – осадочные бассейны: 1 – Предвосточносибирский [3]. 2 – геоструктуры: 1 – прогиб Вилькицкого, 2 – Ломоносово-Менделеевская флексуро-разломная зона, 3 – Северная структурная терраса, 4 – поднятие Лонга, 5 – Северо-западная структурная терраса, 6 – флексуро-разломная зона западного склона хребта Ломоносова, 7 – центральная часть хребта Ломоносова, 8 – флексура восточного склона хребта Ломоносова. 3 – тектонические нарушения: а – установленные, б – предполагаемые. 4 – стратоизогипсы, км. 5 – изобаты, м [10]. Донные станции и их номера: 6 – рейс LV-77 (2016 г.), 7 – LV-83 (2018 г.), 8 – LV-90 (2020 г.). 9 – площади распространения предполагаемых: а – газогидратных скоплений (?), б – газонефтяных и нефтегазовых, в – нефтяных залежей. На врезке – расположение района исследований. Черные треугольники – нефтегазовые месторождения американского сектора Чукотского моря [11].

Газогеохимические исследования донных осадков проводились двумя методами – методом “Headspace” и методом термовакуумной и вакуумной дегазации (ТВД). Для анализа методом “Headspace” пробы осадка отбирались с фиксацией объема обрезанными пластиковыми шприцами (12 мл) в стеклянные емкости, объемом 43 мл. Водная фаза – насыщенный солевой раствор. Газовая фаза – 11 мл, ОСЧ гелий марки 6.0. Всего отобрано 298 проб “Headspace”.

Для анализа методом ТВД пробы осадка отбирались с фиксацией объема обрезанными пластиковыми шприцами (20 мл) в стеклянные и герметичные емкости, объемом 116 мл. Всего было отобрано 69 проб осадка (из них 46 – в нижнем интервале колонок), на разных стадиях дегазации извлечено 138 проб газа. Таким образом, всего в ходе исследований отобрано 367 проб осадка и выполнено 436 газовых анализов. Определение компонентного состава углеводородных газов (С1-С5) проводилось хроматографическим методом на газовом хроматографе “КристалЛюкс-4000М” (ООО НПФ “Мета-хром”, Россия) в соответствии с действующими нормативными документами по аттестованной Росстандартом методике лаборатории газогеохимии ТОИ ДВО РАН (Свидетельство № 41, ПС 1.047–18). Газовый анализ проводился в судовой лаборатории в день отбора. В целом методика отбора, извлечения газов и обработки результатов соответствовала действующему руководству [12].

Изотопные-геохимические исследования выполнены в лаборатории стабильных изотопов ЦКП ДВГИ ДВО РАН и ВСЕГЕИ на масс-спектрометрах Finnigan MAT-253, Deltaplus XL и GC Combustion III по аттестованным для выполнения исследований методикам.

Для определения генезиса УВГ донных осадков использовался комплекс количественных геохимических показателей: молекулярной массы УВ-фракции (М_УВ) [13], весовых концентраций индивидуальных УВ [13] и их отношений – коэффициентов преобразованности УВ-фракции (Кпр) [13, 14] и “влажности” (Квл) [15]. Коэффициенты Кпр и Квл представлены соотношениями: (С2 × С4)/С3 [13, 14] и ΣС2–С5/ΣС1–С5 × × 100% [15], где С1–С5 – весовые концентрации УВ в долях на 1000.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Исследованные керны донных отложений представлены алеврит-пелитовыми и пелит-алевритовыми осадками. Прослеживается тенденция к огрублению состава осадков и возрастанию содержания псаммитовой фракции ближе к материковому шельфу, а также в интервалах, накопившихся во время “теплых” (нечетных) морских изотопно-кислородных стадий (МИС). В структуре осадков наблюдается чередование темно-коричневых, желто-коричневых, оливково-серых и серых слоев. Для колонок, отобранных на континентальном склоне и шельфе моря Лаптевых, преобладает окраска оттенков серого цвета. Предварительные стратиграфические корреляции и сопоставление с опубликованными данными указывают на поздне-среднеплейстоценовый возраст нижнего интервала большинства колонок, для континентального склона и шельфа моря Лаптевых раннеголоценовый-позднеплейстоценовый возраст [16, 17].

В процессе предыдущих исследований донных отложений шельфовых акваторий Восточноарктических морей (ВАМР) установлены значения, соответствующие аномальным концентрациям метана и УВГ, превышающие 0.0500 и 0.0010 см³/кг, фоновые концентрации, как правило, в среднем на порядок ниже данных значений [2, 18–20]. Региональные газогеохимические исследования в глубоководном секторе ВАМР до настоящего времени не проводились.

В составе углеводородных газов донных отложений обнаружены: метан, этилен, этан, пропилен, пропан, изобутан, н-бутан, неопентан, изопентан и н-пентан. Преобладающим компонентом во всех пробах является метан, содержание которого в интервале опробования 0–590 см варьирует в пределах 0.0001–0.1732 см³/кг. Минимальными концентрациями характеризуются поверхностные горизонты донных осадков (0–30 см), отобранные коробчатыми дночерпателями, в которых метанонасыщенность не превышает 0.0042 см³/кг. В пределах верхнего интервала осадка (до 50 см), по-видимому, соответствующему наиболее активной биохимической зоне, концентрации метана не превышают 0.01 см³/кг (рис. 2). В вертикальном распределении содержание метана плавно растет, с максимумами в нижней части колонок. Максимальные значения метанонасыщенности (более 0.05 см³/кг) определены на поддонной глубине свыше 400 см (рис. 2).

Рис. 2.

Вертикальное распределение содержания в донных осадках, см³/кг: а – метана; б – УВГ (С₂–С₅).

Суммарные концентрации гомологов метана (С₂–С₅) в донных отложениях района исследований варьируют в пределах 0.00001–0.0054 см³/кг. Минимальными концентрациями характеризуются поверхностные горизонты донных осадков (0–30 см) с содержанием УВГ менее 0.00042 см³/кг. В пределах верхнего интервала осадка (до 50 см), углеводородонасыщенность не превышает 0.0005 см³/кг (рис. 2). В вертикальном распределении содержание УВГ растет с глубиной опробования пикообразно, с максимумами в средней и нижней части колонок. Максимальная углеводородонасыщенность (более 0.001 см³/кг) определена на поддонной глубине свыше 100 см (рис. 2). В компонентном составе УВГ обнаружены: этилен – от 0.000007 до 0.00112 см³/кг, этан – от 0.000008 до 0.00219, пропилен от 0.000002 до 0.00006, пропан – от 0.000002 до 0.00153, изобутан – от 0.000002 до 0.000256, н-бутан – от 0.000002 до 0.0030, неопентан – 0.00299 (в единичной пробе), изопентан – от 0.00006 до 0.00108 и н-пентан – от 0.00001 до 0.00015 см³/кг соответственно. В большинстве проб отмечается преобладание предельных гомологов метана (этан, пропан) над непредельными (этилен, пропилен), а также превышение содержания изобутана и изопентана по сравнению с н-бутаном и н-пентаном.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Поскольку донные станции расположены по редкой сети опробования, все полученные данные были сгруппированы в 6 районах, согласно их географическому расположению – котловина Подводников (юго-западная и юго-восточная часть), хребет Ломоносова (западный склон, центральная часть, восточный склон), район сочленения хребта Ломоносова с континентальным шельфом (табл. 1). В связи с тем, что максимальная интенсивность окислительных аэробных и биохимических процессов происходит в верхних интервалах (до 0.5–2 м) донных осадков [1], для дальнейшего газогенетического анализа использовались пробы ТВД (46 проб) самых нижних интервалов опробования колонок.

Исходя из установленных значений М_УВ (16.09–23.78 г/моль), Кпр (0.7–340), Квл (0.4–55%) и данных [13, 18–20], было выделено восемь генетических групп УВГ предполагаемых газоматеринских источников (табл. 2).

Анализ данных табл. 2 позволяет сделать вывод, что УВГ первой группы по геохимическим показателям близки к показателям для газогидратов преимущественно биогенного и биохимического происхождения (М_УВ – 16.11 г/моль, Кпр – 1.7, Квл – 0.7%), второй – полигенезисной смеси газов с доминированием УВГ, образованных в процессе катагенеза органического вещества (ОВ). В остальных шести группах доминируют миграционные эпигенетические газы различных газоматеринских источников, образование которых связано с процессами катагенеза ОВ; в ряде случаев – магматизма – в областях развития магматических образований. В целом геохимические показатели УВГ генетических групп достаточно близки по значениям к их аналогам, изученных геоструктур и осадочных бассейнов Восточно-Сибирского моря (ВСМ) [18–20] и нефтегазоносных бассейнов Востока России [13].

Максимальной метанонасыщенностью (в среднем 0.0735 см³/кг), а также минимальными показателями М_УВ, Кпр и Квл характеризуются донные отложения в областях развития предполагаемых газогидратов в пределах восточного и западного склонов ХЛ (станции 12, 13, 22, рис. 1, табл. 2) и Лаптевоморского континентального склона (станции LV83-11, LV83-12, рис. 1, табл. 2). Содержание С_орг в нижних интервалах данных колонок не превышает 0.70%. Единичное определение изотопного состава δ¹³С – СН₄, СО₂ (табл. 2) по станции LV90-12 и компонентный состав УВГ указывают на смешанный полигенетический состав УВГ. Минимальной метанонасыщенностью (в среднем 0.0030–0.0053 см³/кг) характеризуются районы предполагаемых нефтегазовых, газонефтяных, нефтяных скоплений и залежей. Повышенные значения метанонасыщенности (в среднем 0.0128–0.0201 см³/кг) установлены в осадках на площадях распространения предполагаемых магматических образований и газовых скоплений мезозойского возраста. Промежуточные значения метанонасыщенности (в среднем 0.0061–0.0062 см³/кг) установлены в осадках на площадях распространения предполагаемых твердых битумов, газоконденсатных скоплений и залежей.

Максимальными значениями углеводородонасыщенности (в среднем 0.0027 см³/кг), а также максимальными показателями М_УВ, Кпр и Квл характеризуются отложения юго-восточной части КП на площадях распространения предполагаемых нефтяных скоплений и залежей (станции 26, 28, 29, рис. 1, табл. 2). Содержание С_орг в нижних интервалах данных колонок не превышает 0.52%. “Тяжелый” изотопный состав δ¹³С – СН₄, С₂Н₆, СО₂ (табл. 2) и компонентный состав УВГ указывают на преобладание эпигенетических УВГ термогенного генезиса. Минимальные значения углеводородонасыщенности (в среднем 0.0002–0.0003 см³/кг) установлены в осадках на площадях распространения магматических образований и газовых скоплений; промежуточные (в среднем 0.0004–0.0006 см³/кг) – остальные группы (см. табл. 2).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, восточный и локально западный склон ХЛ, а также Лаптевоморский континентальный склон характеризуются формированием в донных отложениях аномального метанового газогеохимического поля, предположительно, газогидратного происхождения; юго-восточная часть КП (Предвосточносибирского осадочного бассейна) – аномального углеводородного – газонефтяного и нефтяного (см. рис. 1); юго-западная часть КП – повышенного метанового – преимущественно газового и газоконденсатного. Важно отметить, что формирование аномальных газогеохимических полей в глубоководных донных отложениях СЛО до настоящего времени не фиксировалось.

Результаты настоящей работы подтверждают предполагаемые различными исследователями высокие перспективы нефтегазоносности континентального склона и глубоководных структур СЛО [3, 5, 7, 8]. Достаточно интересным выглядит обнаружение показателей предполагаемых локальных газонефтяных и нефтегазовых залежей в пределах центральной (мощность осадочного чехла до 2–3 км) и восточной части хребта Ломоносова (4–5 км).

Исходя из проведенных ранее газогеохимических исследований [20] и материалов данных работ установлено, что наиболее высокой нефтегазоперспективностью характеризуются котловина Подводников и центральная часть хребта Ломоносова. В исследованных акваториях необходимо проведение дополнительных региональных газогеохимических работ.