Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2022, T. 505, № 1, стр. 5-10

ВВЕДЕНИЕ

В последние годы значительно активизировались исследования газонасыщенности верхней части разреза (ВЧР – глубины от дна до нескольких сотен метров) на суше и акваториях Арктики и процессов дегазации Земли с эмиссией газа в атмосферу [1–14]. В значительной степени это связано с глобальным потеплением, одной из основных причин которого считается рост содержания парниковых газов в атмосфере, включая метан в Арктике [5, 7, 9, 12–14].

Авторы данной статьи исследовали газоносность ВЧР по архивным материалам сейсморазведки методом общей глубинной точки (МОГТ) на акваториях арктических и субарктических регионов, включая моря Лаптевых, Чукотское, Бофорта, Берингово и Охотское ([1–3, 12] и др.), в том числе в районах существования и отсутствия субаквальных многолетнемерзлых пород и газовых гидратов на мелководном шельфе и континентальном склоне моря Лаптевых [2, 3, 12]. Кроме того, выполнены многолетние комплексные исследования процессов взрывной дегазации криолитозоны на суше Западной Сибири с формированием гигантских кратеров выбросов газа [10, 11]. Подобные кратеры были также обнаружены на дне Баренцева моря [8].

Основной целью настоящей работы является изучение потенциальной газоносности ВЧР шельфа и континентального склона северо-запада Восточно-Сибирского моря в районах Де-Лонга (DL) и Восточно-Сибирском (ES) по материалам сейсморазведки МОГТ АО “МАГЭ” (рис. 1).

Рис. 1.

Положение аномальных объектов в ВЧР временных разрезов в районах работ DL и ES АО “МАГЭ” в Восточно-Сибирском море. Обозначения: 1 – сейсмопрофили; 2 и 3 – аномальные объекты, отождествляемые с залежами свободного газа (2) и газовых гидратов (3); 4 – углубления в рельефе дна, предположительно связанные с бороздами ледовой экзарации; 5 – изобаты (м); острова K – Котельный, NS – Новая Сибирь, B – Беннетта, Z – Жохова, H – Генриэтты, J – Жанетты, V – Вилькицкого. Основа рисунка – батиметрия GEBCO и космоснимок из базы данных ESRI.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Исследования основаны на выявлении и анализе в верхней части временных разрезов МОГТ МАГЭ локальных неоднородностей (аномальных объектов), потенциально связанных с залежами газа. Аномальный объект может отображать одну или несколько разнесенных по вертикали (времени/глубине) залежей газа – газовых карманов. Потенциальные залежи газа определяются на качественном уровне по совокупности признаков, которые для формализации в геоинформационной системе “Арктика и Мировой океана” (ГИС “АМО”) ИПНГ РАН [1–3, 10–12] кодировались принятыми ранее цифровыми индексами [1, 2]:

1. Резкое локальное повышение амплитуды отраженных волн (“яркое пятно”);

2. Инверсия фаз отражений (смена полярности);

3. Прогибание осей синфазности под аномалией, обусловленное уменьшением скорости распространения сейсмических волн в газонасыщенных отложениях;

4. Аномальное поглощение высоких частот сейсмических волн;

5. Наличие зоны акустической тени – ухудшение прослеживания сейсмических отражающих горизонтов под предполагаемой залежью газа;

6. Наличие плоских осей синфазности, соответствующих отраженным волнам от газоводяного контакта.

Морская сейсморазведка МОГТ по 120-кратной системе наблюдений в районе DL проводилась в 2011–2012 гг. с научно-исследовательского судна (НИС) “Геолог Дмитрий Наливкин” по сети плановых сейсмопрофилей 20 × 100 км в объеме 3910 км (см. рис. 1), а в районе ES – в 2016 г. с НИС “Николай Трубятчинский” по сети 35 × 125 км в объеме 4290 км [15]. На обоих судах использовались твердотельные сейсмические косы Sercel SEAL Sentinel Solid длиной 8100 м.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

В качестве примера неоднородностей в ВЧР на рис. 2а приведен фрагмент временного разреза ESS1607 по району ES с глубинами дна около 270–320 м с локальными аномальными объектами протяженностью от 900 до 1400 м на временах 0.6–0.7 с (глубины от дна около 200–300 м), отождествляемыми с многопластовыми залежами газа, сформировавшимися в ловушке антиклинального типа. Данные потенциальные залежи газа характеризуется признаками 1, 2 и 3 – повышенной амплитудой, инвертированным сигналом и прогибанием нижележащих отражающих горизонтов.

Рис. 2.

Фрагменты временных разрезов с потенциальными залежами газа в ВЧР (а) и углублениями в рельефе дна (б).

Всего в ходе исследований в северо-западной части Восточно-Сибирского моря были проанализированы временные разрезы по 44 сейсмопрофилям общей протяженностью 8200 км, в результате чего в ВЧР выявлено 129 аномальных объектов, указывающих на потенциальные залежи газа (см. рис. 1), в том числе 74 на участке ES (57.4%) и 55 на участке DL (42.6%). При этом средняя плотность их распространения (расстояние между объектами) составила 63.6 км. По аналогии с работами [1, 2] выполнен анализ распределения выявленных объектов по горизонтальным размерам и глубинам верхних границ потенциального газонасыщения, результаты которого приведены на гистограммах рис. 3.

Рис. 3.

Гистограммы распределения потенциальных залежей газа в ВЧР по горизонтальным размерам (а) и глубинам верхних границ газонасыщения (б).

Результаты анализа рис. 3б показывают, что большинство (83.0%) аномальных объектов имеют верхние границы газонасыщения на глубинах до 300 м от морского дна, до 100 м от дна доходят менее трети объектов (31.8%), а средняя глубина составила 203 м. По протяженности большинство аномалий характеризуются размером до 1500 м (72.1%), при этом более трети (38.8%) имеют размеры менее 500 м. Всего два объекта (1.55%) имеют размеры более 5 км (5.7 и 7.5 км). Средний размер потенциальных залежей газа составил 1192 м.

Также отметим, что на континентальном склоне в районе Де-Лонга в северных частях трех профилей (DL1101, DL1212 и DL1207) предположительно выявлен сейсмический горизонт BSR (bottom simulating reflector) – псевдодонный отражающий горизонт, отождествляемый с наличием газогидратов (см. рис. 1). Оси синфазности отраженных волн от BSR имеют обратную полярность из-за экранирования нижележащих залежей свободного газа [2, 3, 12, 16]. Отметим, что надежность и однозначность прослеживания BSR в районе DL значительно ниже, чем в море Лаптевых [2, 3, 12]. Это может быть связано с относительно более низким газонасыщением ВЧР (в свободном и/или гидратном состояниях), а также с тем, что выделяемый горизонт просто может относиться к кровле пласта с пониженной скоростью.

Неожиданным результатом явилось то, что на ряде временных разрезов в районах ES и DL (преимущественно в пределах поднятия Де-Лонга) выделяются локальные углубления в рельефе дна (рис. 2б), протяженность большей части которых не превышает 2 км (см. рис. 1). По району DL они расположены на глубинах дна от 78 до 92 м, а по району ES – от 61 до 390 м. Здесь необходимо отметить, что сейсморазведочные работы проводились, в основном, на глубинах свыше 50 м, поэтому распространение подобных локальных углублений на меньших глубинах не исследовано.

На рис. 2б приведен фрагмент временного разреза по профилю ESS1628, на котором на глубине дна около 80 м выделяются три углубления в его рельефе до 15–30 м с горизонтальными размерами от 700 до 1200 м. По своему виду многие из них напоминают покмарки (англ. pockmarks) – подводные кратеры выбросов газа. Однако по пересечению одним профилем сделать такой вывод некорректно.

ОБСУЖДЕНИЕ

Почти под всеми углублениями в рельефе дна не наблюдаются аномальные потенциально газонасыщенные объекты (см. признаки 1–6) и тектонические нарушения – каналы притока газа, характерные для покмарок. Исключение составляют наблюдаемые под ними небольшие прогибы осей синфазности, видимо, связанные с временными задержками в приходе отраженных волн, возникающими за счет локального снижения средних скоростей. Наиболее вероятно, что углубления в рельефе дна связаны с ледовой экзарацией как современной, так и во времена трансгрессий-регрессий моря. Отметим, что в эпоху последнего оледенения уровень моря был на примерно 120 м ниже современного [12, 17].

Ледово-экзарационное обоснование природы углублений в рельефе дна базируется на том, что борозды выпахивания – плугмарки – могут быть образованы килями айсбергов, формирующихся на ледниках острова Беннетта и архипелага Северная Земля [18]. В районе острова Де-Лонга выявлена обширная зона айсбергового воздействия. Кроме того, плугмарки могут быть образованы дрейфующими частями торосов и стамух, известная мощность которых достигает 50 м [18]. Обычно плугмарки имеют V-образную или U-образную формы поперечного сечения, а по краям борозд наблюдаются валы вывернутого грунта [19]. Среди акваторий Северного Ледовитого океана Восточно-Сибирское море характеризуется самым широким распространением стамух – около 70% от их общего числа.

Отметим, что в море Лаптевых борозды выпахивания зафиксированы не только на мелководье (до 40–50 м), но и на глубинах до 70.5–83.6 м и даже до 90 м (глубже исследования не проводились) [19]. В ряде случаев в других регионах Мирового океана плугмарки встречаются на глубинах свыше 300 м, а их протяженности могут достигать многих километров в длину. На Штокмановской площади в Баренцевом море зафиксированы борозды выпахивания на глубинах до 360 м, а в центральной части Северного Ледовитого океана даже на глубинах около 1000 м [20]. Это свидетельствует о возможном существенном изменении уровня моря в недалеком прошлом и/или о гигантских размерах айсбергов. Таким образом, обнаруженные нами в Восточно-Сибирском море углубления в рельефе дна на глубине моря 61–390 м вполне могут быть реликтовыми плугмарками.

Касательно особенностей распространения потенциально газонасыщенных объектов отметим, что в северо-западной части Восточно-Сибирского моря выявлено относительно равномерное распределение аномалий по глубинам верхних границ газонасыщения в первых трех стометровых интервалах (от дна до 300 м): 31.8, 25.6 и 25.6%. Эти данные существенно отличаются от подобных распределений по трем другим северным акваториям: в море Лаптевых – 66.5, 16.1 и 4.8%, в Чукотском море – 57.5, 17.4 и 6.5%, на мелководье Берингова моря – 50.6, 21.1 и 14.5% ([1, 2] и др.). В указанных трех акваториях большая часть аномальных объектов (от 50.6 до 66.5%) доходит практически до дна (до 100 м), что может быть объяснено тектоническими движениями на поздних стадиях осадконакопления, при которых образовались наблюдаемые на временных разрезах разломы – потенциальные каналы миграции газа, подходящие близко к морскому дну.

По сравнению с акваториями соседних морей, в Восточно-Сибирском море в районах DL и ES на временных разрезах отмечено меньшее количество разломов, доходящих до морского дна. Это согласуется с известными представлениями об истории геологического развития региона, согласно которым здесь отсутствовали активные тектонические движения на поздних стадиях осадконакопления. Прослеживаемые разломы, вероятно, образовались в эоцене–среднем миоцене, большинство из них идут от акустического фундамента и затухают в ВЧР осадочного чехла.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате анализа временных разрезов МОГТ МАГЭ по 44 сейсмопрофилям в северо-западной части Восточно-Сибирского моря в суммарном объеме 8200 км выявлено 129 аномальных объектов в ВЧР, потенциально связанных с газовыми залежами. Средняя плотность их распространения (расстояние между объектами) составила 63.6 км, что в 5.2–6.2 раз реже, чем в морях Чукотском, Лаптевых и на мелководье Берингова моря (расстояния соответственно 12.2, 11.4 и 10.3 км). По сравнению с этими морями в северо-западной части Восточно-Сибирского моря придонные отложения до глубин 100 м характеризуются пониженным газонасыщением (31.8% аномальных объектов). Установленные закономерности подтверждаются характером проанализированных временных разрезов и согласуются с меньшей неотектонической активностью Восточно-Сибирского моря.

В районах исследований выявлено большое количество углублений в рельефе дна (123), основным объяснением существования которых является ледовая экзарация во времена трансгрессий-регрессий моря и на современном этапе. Для подтверждения сказанного рекомендуется постановка специальных площадных исследований с помощью комплекса гидролокатора бокового обзора и эхолота-профилографа.

Наличие потенциальных залежей газа в ВЧР и плугмарок необходимо учитывать при уточнении структурных построений по данным сейсморазведки и для повышения безопасности геологоразведочных работ.