научная статья по теме ПРИРОДНЫЕ ИСТОЧНИКИ МЕТАНА И УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА НА О. САХАЛИН И ИХ ВКЛАД В ФОРМИРОВАНИЕ ЭКОЛОГО-ГАЗОГЕОХИМИЧЕСКИХ ЗОН Геология
Текст научной статьи на тему «ПРИРОДНЫЕ ИСТОЧНИКИ МЕТАНА И УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА НА О. САХАЛИН И ИХ ВКЛАД В ФОРМИРОВАНИЕ ЭКОЛОГО-ГАЗОГЕОХИМИЧЕСКИХ ЗОН»
ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ, 2012, № 4, с. 344-353
ПРИРОДНЫЕ И ТЕХНОПРИРОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ
ПРИРОДНЫЕ ИСТОЧНИКИ МЕТАНА И УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА НА о. САХАЛИН И ИХ ВКЛАД В ФОРМИРОВАНИЕ ЭКОЛОГО-ГАЗОГЕОХИМИЧЕСКИХ ЗОН
© 2012 г. Р. Б. Шакиров, Н. С. Сырбу
Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАН, ул. Балтийская, 43, Владивосток, 690041 Россия. E-mail: ren@poi.dvo.ru
Поступила в редакцию 07.08.2011 г.
Литосферные источники метана представлены двумя большими группами: источники литосфер-ного масштаба (метаморфизм, зоны серпентинитизации, зоны спрединга и др.) и залежи органического топлива в земной коре. В пределах о. Сахалин расположены месторождения углеводородов, грязевые вулканы, геотермальные системы и минеральные источники. Изучаемые объекты приурочены к крупным тектоническим разломам: Южно-Сахалинский и Главный Пугачевский грязевые вулканы — Центрально-Сахалинский разлом, Шахтерское каменноугольное месторождение — Западно-Сахалинский, Дагинская геотермальная система и рассматриваемые месторождения нефти и газа — Хоккайдо-Сахалинский разлом. Проведенные авторами исследования по изучению природных газов позволили впервые выделить на о. Сахалин две основные зоны размещения разных типов источников углеводородно-углекислых газов: Нефтегазоносная (преимущественно метановая, северо-восток) и Углегазоносная (углекисло-метановая, запад, юго-запад). Данные зоны различаются как по химическому, так и по изотопному составу природных газов. Также выделены некоторые газоопасные участки вдоль тектонических разломов, которые связаны с выходами газов на дневную поверхность. Отмечено, что населенные пункты Сахалина размещены вблизи раз-ломных зон, поэтому в районе исследований проблема газобезопасности населения приобретает первостепенное значение.
Ключевые слова: газогеохимические особенности, грязевые вулканы, природные источники метана и углекислого газа, эколого-газогеохимические зоны.
В последние годы резко возрос интерес к изучению процессов дегазации земной коры в северных широтах, что вызвано актуальностью исследований баланса основных парниковых газов — диоксида углерода (СО2) и метана (СН4) в атмосфере [16] и формированием газоопасных зон в поверхностных грунтах [3]. За последние десятилетия концентрация СО2 и СН4 в атмосфере возрастала соответственно на 0.4 и 0.3-1.2% в год [20]. Исследования баланса метана и углекислого газа должны учитывать их эмиссию из нефтегазовых и угольных залежей, а также локальных, но активных систем газовой разгрузки (грязевые вулканы, геотермальные системы, водоминеральные источники и другие). Все эти виды углеводородных скоплений развиты на о. Сахалин и присахалинском шельфе. Известно, что Сахалин — часть Охотоморского региона, который находится в составе Азиатско-Тихооке-
анской зоны перехода от континента к океану, и представляет собой область интенсивной разрядки глубинной энергии [18]. Остров контролируется трансформной границей литосферных плит [19], которая выражается в системе глубинных разломов, секущих его в продольном направлении (рис. 1). По этим разломам осуществляется газо-флюидный перенос, интенсивность которого регулируется также сейсмической активностью. При этом наиболее заметные наземные, а также подводные газовые выходы возникают, как правило, в узлах пересечения разнонаправленных разрывных нарушений (рис. 16, 1в).
Цель данной работы — эколого-газогеохими-ческое районирование о. Сахалин в зависимости от состава восходящих из недр потоков метана и углекислого газа.
Материалы и методы исследований. Для
анализа газогеохимического режима рассмат-
риваемых объектов на острове Сахалин были использованы архивные материалы, а также опубликованные данные [1, 2, 4-7, 9-11, 18]. Газогеохимическое обследование грязевых вулканов Сахалина проводилось в 2001, 2005-2010 гг. Пробы свободных газов из основных дегазирующих грифонов Южно-Сахалинского, Главного Пугачевского грязевых вулканов и Дагинской геотермальной системы отбирались в стеклянные флаконы методом вытеснения с использованием насыщенного раствора №С1 в качестве буфера и последующей фиксацией. Южно-Сахалинский вулкан как наиболее крупный и активный летом 2007 г. был опробован более детально в режиме мониторинговых наблюдений. Ежедневно с 11 июля по 27 сентября 2007 г. три раза в сутки (в 09, 12 и 18 ч) при помощи воронки, секундомера и сосуда известной емкости измерялся дебит газа в трех наиболее активных грифонах. Один раз в сутки (в 18 часов) проводился отбор проб газа из этих грифонов. Наиболее детально были опробованы Южно-Сахалинский и Главный Пугачевский грязевые вулканы, Дагинская геотермальная система и Шахтерское каменноугольное месторождение. В полевые сезоны 2005-2007 гг. ТОИ ДВО РАН (г. Владивосток) и ИМГиГ ДВО РАН (Ершов В.В., г. Южно-Сахалинск) проведены комплексные систематические наблюдения за дебитом газа, температурой и элементным составом водогрязевой смеси в грифонах Южно-Сахалинского грязевого вулкана. Га-зохроматографический анализ отобранных проб выполнен в лаборатории газогеохимии ТОИ ДВО РАН на хроматографе «Кристалл-Люкс 4000М», с детекторами ионизации в пламени и теплопроводности. Лаборатория газогеохимии аттестована в Ростехрегулировании (Свидетельство о состоянии измерений № 12). Для калибровки были использованы стандартные газовые смеси с концентрациями метана 100 ррш-у, 1,000 ррш-у на 1% объема. Анализировались углеводородные газы, кислород, азот и углекислый газ. Ошибка измерений не превышала 5%. Изотопный состав углерода метана и углерода углекислого газа определялся в лаборатории геохимии стабильных изотопов Дальневосточного геологического института ДВО РАН на масс-спектрометре Finnigan МАТ-252, а также в Университете Хоккайдо (Япония). Литературные и авторские данные приведены к единым единицам. Картографические геологические материалы приведены к единой проекции. Весь массив использованных данных систематизирован и обработан в ГИС Мартйх
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Авторами предложено районирование территории согласно газогеохимическим критериям: химический и изотопный состав природных газов и дебит источников. В статье использован термин «эколого-газогеохимическая зона», в нашем понимании это территория, на поверхность которой из недр поступают газы определенного состава, связанные общностью происхождения (генезиса). Основные углеродсодержащие газы на Сахалине — метан и углекислый газ. Углеводородные газы ряда этан-пентан, как правило, в сумме не превышают первых процентов. Целевыми объектами авторских газогеохимических исследований были выбраны грязевые вулканы Сахалина -Южно-Сахалинский (ЮСГВ), Главный Пугачевский (ГПГВ), Дагинская геотермальная система и Шахтерское каменноугольное месторождение (см. рис. 1). Грязевым вулканам уделено особое внимание, так как на Дальнем Востоке РФ они проявляются только в пределах острова. Положение острова в зоне сочленения литосферных плит обусловливает его своеобразное геологическое строение, которое характеризуется большими мощностями углеводородоносных верхнемеловых и кайнозойских осадков (до 10 км на северном Сахалине) [4], высокой сейсмичностью (рис. 2) и значительными градиентами тектонических движений. Например, амплитуда горизонтальных смещений в Восточно-Сахалинских горах достигает 25 км [14].
Рассмотрим основные особенности распределения метана и углекислого газа в направлении с севера на юг о. Сахалин.
Нефтегазоносные области. Более 90% месторождений и разведанных запасов нефти и газа сосредоточены в Охинском и Ногликском административных районах Сахалинской обл. (рис. 3, 4, северо-восток) [18]. В пробах газа, отобранных из нефтегазовых месторождений Сахалина в период с 1970 по 1984 гг. [9], установлен следующий химический состав: метан — от 65.8 до 94.5% (среднее 78.3%); углекислый газ редко превышает 1% [12]. Изотопный состав углерода метана от -34 до -54%о PDB указывает на его термогенное происхождение.
Геотермальные системы. Химический состав газа сахалинских геотермальных систем рассмотрен на примере Дагинского месторождения термальных вод. Содержание метана в среднем составляет здесь 93%, а углекислого газа 0.12%. Участок месторождения контролируется Восточно-Сахалинской си-
Рис. 1. а — расположение выходов природного газа и грязевых вулканов в районе исследований на схеме тектонического районирования В.В. Харахинова (1998), б — геоструктурное положение подводных метановых выходов [19], в — геолого-структурное положение Пугачевской группы грязевых вулканов.
Условные обозначения. 1: а — грязевые вулканы, б — факелы (ФМ — «Миллениум», ФН — «Николь», ФГ — «Гизелла», ФЭ -«Эрвин»), в — выход метана во вп. Дерюгина (участок «Баритовых Холмов»); 2 — поверхностные (а) — нефте- и (б) — газопроявления [2]; 3 — нефтегазовые и газоконденсатные месторождения (а), локальные структуры (б); 4: а — схематичное расположение границы между литосферными плитами [19], б — глубинные разломы и разломные зоны (1 — Западно-Сахалинская РЗ, 2 — Центрально-Сахалинская, 3 — Хоккайдо-Сахалинская, 4 — Западно-Охотская, 5 — Восточно-Сахалинская, 6 — Западно-Дерюгинская, 7 — Восточно-Дерюгинская, 8 — Пограничная (Пограничный надвиг), 9 — Вальзинская), в — разрывные нарушения; 5 — системы взбросов и сбросов (а), сдвиги (б) (предп.); 6 — Центрально-Охотский массив; 7 — Пограничный прогиб; 8 — континентальный склон; 9 — Анивский прогиб; 10 — Северо-Сахалинский прогиб; 11 — Дерюгинская котловина; 12 — Прогиб залива Терпения; 13 — поднятия; 14 — зоны абразии; 15 — Северо-Татарский прогиб; 16 — ЮжноТатарский прогиб; 17 — прогиб Исикари; 18 — Восточно-Дерюгинский грабен; 19 — Шмидтовская складчато-сдвиговая зона. Стрелки — схема течений Охотского моря.
стемой разломов (рис. 1). В приземной атмосфере на высоте 1.5 м над дневной поверхностью в районе Дагинского месторождения содержание метана составляет до 1054 ррт, что превышает атмосферный фон в 1000 раз. Вклад Дагинской геотермальной системы в глобальный бюджет метана в атмосфере — 0.1 млн. т/год. Это составляет 1.8% м
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.
Источник