Океанология, 2020, T. 60, № 5, стр. 781-790

ВВЕДЕНИЕ

В Азербайджане первая крупная работа по изучению газогидратов Каспийского моря проведена в период с 1972 по 1986 гг. Анализ равновесных параметров давления и температуры показал, что зона гидратообразования в условиях Каспийского моря существует ниже изобаты 250 м. В результате морских исследований на дне Каспийского моря открыты скопления газогидратов, названные Буздаг, Элм, и одно проявление газогидратов на валу Абиха. Установлено, что скопление Буздаг приурочено к одноименному грязевому вулкану вала Шатского на глубинах 480–500 м. В 17-ти поднятых грунтовых колонках обнаружены газогидраты в виде льдоподобных полупрозрачных метановых образований различной формы и размеров. Газогидратное скопление Элм, протяженностью около 4 км, располагается на глубинах моря 560 м. В пяти из семи случаев колонки оказались гидратоносными [3, 5].

В работе [2] приведены результаты морских исследований, выполненных в 5 милях от газогидратопроявления Элм. По сейсмоакустической записи была выделена диапировая структура. В центральной части диапира наблюдалось характерное затухание акустического сигнала, что, вероятно, обусловлено газоносыщенностью отложений. В 16 поднятых грунтовых колонках обнаружены гидратосодержащие грязевулканические отложения.

В 2004 г. опубликована работа [14], основанная на изучении термобарических параметров Южного Каспия. Исходя из анализа данных, автор прогнозирует наличие газогидратов в осадочных породах до глубин 3000 м, в зоне глубин моря – 1000 м.

Комплексирование сейсмических и термодинамических данных региона проведено группой исследователей [12] для площади Апшерон. Авторы рассмотрели два глубоководных 20 с профиля, пересекающих Южный Каспий, и выяснили, что газогидраты выявляются до 2 с. Они изучали газогидраты на глубинах моря от 200 до 715 м. Из анализа термобарической зоны стабильности газовых гидратов авторы сделали вывод, что глубина залегания газогидратов в отложениях площади Апшерон может устанавливаться до ≈1350 м.

С целью поисков газогидратов верхняя часть разреза глубокопогруженных отложений Южного Каспия является наименее изученной и описанной в литературе зоной. Причем изучение зон газогидратов по сейсмическим данным произведено только на одной структуре Апшерон [12].

ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЮЖНОГО КАСПИЯ

В геологическом строении Южного Каспия (рис. 1а) участвуют отложения от юрского до антропогенового возраста (рис. 1б). В шельфовой зоне антропогеновые отложения представлены плохо отсортированными песчано-глинистыми образованиями мощностью до 650 м. Неогеновые отложения, в среднем имеющие мощность 5000 м, представлены плиоценовым (до 3500 м) и миоценовым (до 1500 м) отделами. Первый из них сложен глинами, песками и песчаниками, а второй представлен глинами с редкими прослоями песков и алевритов. В нижнем плиоцене накопилась мощная толща осадков – Продуктивная толща (ПТ). В этой толще (рис. 1в) выделяются следующие стратиграфические свиты: Сураханская, Сабучинская, Балаханская, Кирмакинская (КС), Надкирмакинская глинистая свита (НКГ), Надкирмакинская песчаная свита (НКП), Подкирмакинская (ПК) и Калинская свиты (КаС) [1]. Мощность каждого стратиграфического горизонта в пределах продуктивной толщи колеблется в широких пределах от 20 до 120 м на суше и от 300 до 600 м в глубокопогруженных зонах Южного Каспия. Мощность всех стратиграфических горизонтов увеличивается в сторону глубоководной части Южного Каспия [4, 7].

Рис. 1.

Карта расположения изучаемых площадей Южного Каспия (в основу положена карта тектонического районирования нефтегазоносных территорий Азербайджана [1]). 1 – месторождения нефти и газа; 2 – изобата, 200 м.; 3 – профиль по линии СЗ-ЮВ; 4 – нефтяные залежи с растворенным в нефти газом; 5 – нефтяные залежи с газовыми шапками; 6 – газоконденсатные залежи.

В пределах глубоководной части Южного Каспия сейсмическими работами по плиоцен-четвертичному структурному этажу выявлено около 80 локальных поднятий различной ориентации (от широтной до меридиональной). Наиболее крупным тектоническим элементом здесь является вал Абиха, протягивающийся в северо-восточном направлении на 140 км. В пределах этого вала кровля среднего плиоцена залегает на глубинах менее 3000 м, а в прилегающих синклинальных прогибах она погружается до 6500–7500 м. Амплитуда вала Абиха, по отношению к прилегающим прогибам, составляет порядка 3500–4500 м. При такой большой амплитуде складчатость вала Абиха затухает в юго-восточном направлении. Геоморфологически, кроме вала Абиха, отмечается и аналогичный вал Шатского северо-восток–юго-западного простирания. Мощность осадочного чехла здесь достигает 25 км [1]. Ритмичное чередование песчаных коллекторов и глинистых покрышек и благоприятные структурные условия обусловили насыщения углеводородами всего разреза продуктивной толщи на Апшеронском полуострове и прилегающей акватории шельфа. В пределах района выделяется до 40 нефтегазоносных объектов (Балаханы-Сабунчи-Раманы, Сураханы, Биби-Эйбат, Кала и др.).

Донные осадки глубоководной части Южного Каспия в основном представлены отложениями четвертичного возраста. Это четко прослеживается на основании систематизации и анализа данных предыдущих исследований [1, 7, 8, 16 ] . В результате составлена обобщающая схема распределения донных осадков по площади и приведена их литолого-фациальная характеристика (рис. 2). Как видно из карты, в пределах Южного Каспия намечаются определенные зоны выхода плиоценовых отложений, согласующиеся с общим геологическим строением Южного Каспия. В пределах глубоководной части на поверхности дна моря установлены глинистые илы разной консистенции.

Рис. 2.

Обобщающая схема распределения донных осадков по площади и их литолого-фациальная характеристика [по данным 1, 7, 8]. 1 – выходы плиоцен-четвертичных отложений; 2 – песок терригенный; 3 – мелко-алевролитовый ил; 4 – глинистый ил слабозернистый; 5 – зона илового осадконакопления; 6 – глинистый ил; 7 – алевролито-глинистый ил; 8 – известковый ил; 9 – изобата, 200 м.

МЕТОДИКА И ФАКТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ

При изучении верхней части разреза (ВЧР) глубокопогруженных отложений Южного Каспия использованы 17 региональных сейсмических профилей и данные термодинамики региона (рис. 3) [13]. По двум площадям Южного Каспия использованы данные скоростного анализа. Перевод сейсмического материала из временнóго разреза в глубинный осуществлялся с помощью глубинно-временнóй диаграммы [16]. Расположения сейсмических профилей представлены на рис. 4. Интерпретация данных производилась с помощью лицензионного программного комплекса Kingdom Suite 2017. Применение сейсмических методов при изучении газогидратов основано на наличии прямой связи между особенностями геологического строения зон газогидратов и распределением в среде физических параметров. Индикатором газогидрата на временнóм разрезе могут быть аномальные изменения сейсмических характеристик волн: амплитуда, частота, фаза, скорости продольных и поперечных волн и т.д. Наиболее широко применяемым сейсморазведочным признаком газогидрата является наличие на сейсмических записях отражающего сейсмического горизонта Bottom Simulation Reflector (BSR) и ярких пятен [3, 11, 12, 15]. По этим критериям интерпретированы все временны́е разрезы, указанные на рис. 4.

Рис. 3.

Карта изменения поддонной глубины при фиксированной температуре 24°C (глубоководная часть Южного Каспия) [9].

Рис. 4.

Результаты интерпретации сейсмических данных [11] в пределах глубоководной части Южного Каспия: (а) – расположение сейсмических профилей; (б) – карта толщин зон газогидратов.

В работе использованы также данные по газовой съемке (1282 пробы газа), проведенной в пределах Южного Каспия (рис. 5), и данные геолого-геофизических исследований и др. материалы [4, 8, 16 ] .

Рис. 5.

Результаты газовой съемки [10] в пределах глубоководной части Южного Каспия: (а) – распределение метана, (б) – распределение суммы тяжелых углеводородов. 1 – область отбора проб газа.

ВЫВОДЫ

На основе интеграции геолого-геофизических и геохимических данных построена модель плиоцен-четвертичных отложений глубоководной части Южного Каспия с целью выявления скоплений газогидратов (рис. 6а). Кроме того в модели заложены результаты расчетов термодинамического равновесия в пределах глубоководной части Южного Каспия. Анализ полученной модели позволяет сделать вывод, что газогидраты, в состав которых входят гомологи метана, будут установлены в зонах структур Д-12–Д-15, Д-19, Д-45, Д-56, Д-59, Д-66 и Д-71. Ранжирование данных по объемам в пределах структур (рис. 6б) показало [11], что в 10 первых структурах 1 – Д-11, 2 – Д-60, 3 – Д-10, 4 – Д-28, 5 – Д-25, 6 – Д-16, 7 – Д-41, 8 – Д-19, 9 – Д-13, 10 – Д-71 содержится 6.12 × 10¹¹ м³ газа, в то время как для всех остальных 46 структур объем газа составляет 6.40 × 10¹¹ м³.

Рис. 6.

Геолого-геохимическая модель плиоцен-четвертичных отложений (а) и карта распределения объемов газа [11] по площади (б).

Из модели видно, что толщины гидратоносных горизонтов увеличиваются в зонах, где плиоценовые отложения располагаются на более гипсометрически повышенных участках, к которым в первую очередь относится зона Абиха, а также области в зонах структур Д-21 и Д-42. В этих зонах толщины гидратоносных горизонтов варьируют в интервале от 200 до 350 м. Это обуславливается тем, что плиоценовые отложения обладают значительными объемами УВ и имеют высокий генерационый потенциал [10]. Следует отметить, что зоны Д-21 и Д-42 характеризуются сложным геологическим строением, осложнены разломами и грязевыми вулканами. Для зон, связанных с грязевыми вулканами, характерно отсутствие значительных толщин газогидратов, варьирующих в интервале от 50 до 200 м.

Установлено, что газогидраты формируются в зоне диагенеза, нижняя граница которого фиксируется приблизительно на глубине 500 м при максимальной температуре 24°С. Анализ газо-геохимического материала показывает, что антропоген-плиоценовые отложения характеризуются повсеместными интенсивными выходами УВ газов, активность проявления которых меняется в зависимости от территориальной принадлежности. Углеводородные газы, сформированные в диагенетической зоне, имеются в достаточных объемах и могут создавать участки кристаллизации. Сформировавшиеся газогидраты цементируют морские осадки и делают их практически непроницаемыми для углеводородных газов. Это значительно ограничивает процессы диффузионного рассеивания углеводородов газов и способствуют их сохранению [10, 16]. Другим важным фактором является увеличение объемов газогидратов в зонах стабильности. Это обуславливается поступлением значительных объемов газогидратов из подстилающих отложений в зоны стабильности. Подстилающими отложениями являются нижележащие отложения плиоцен-четвертичного возраста.

Анализируя результаты бассейнового моделирования и изучения изотопного состава УВ газов Южного Каспия, можно заключить, что процессы нефтегазообразования охватывают здесь широкий стратиграфический интервал (от юры до раннего плиоцена включительно) и характеризуются изменчивостью в пространстве. Поступление УВ газов в верхнюю часть разреза происходит благодаря вертикальной миграции углеводородов, формирующихся в термокаталитической зоне. Причем, углеводородные газы могут и не быть привязанными к нефтегазовым или газовым месторождениям больших глубин. Пористость и проницаемость ВЧР значительно отличаются от данных по подстилающим их отложениям ПТ. Коллекторы ПТ образуют мощную переслаивающуюся толщу, в которой каждый проницаемый слой отделен мощными умеренно уплотненными глинами, изолирующими его от соседних слоев. Миграция УВ газов из термокаталитической зоны способствует дальнейшему накоплению газогидратов в пределах зоны стабильности. Углеводородные газы в донных осадках, а также в отложениях верхней части разреза Южного Каспия находятся в тесной зависимости от источников формирования УВ, миграции и других процессов, протекающих в плиоцен-четвертичных отложениях.

Таким образом, Южный Каспий имеет высокие перспективы поисков газогидратов по площади и разрезу. Первоочередные объекты для поисков газов газогидратов будут связаны с четвертичными отложениями структур Д-11, Д-13, Д-16, Д-19, Д-25, Д-41 и Д-71.

Исходя из вышеизложенного в глубоководной части Южного Каспия выделяются две газогидратные зоны:

– северо-западная кристаллогидратная прогнозная зона;

– перспективная юго-восточная зона.