rodline (rodline) wrote,
rodline
rodline

Categories:

О РОЛИ ГАЗОГИДРАТОВ В ПРОЦЕССАХ АККУМУЛЯЦИИ УГЛЕВОДОРОДОВ И ФОРМИРОВАНИИ ИХ ЗАЛЕЖЕЙ


В данной работе кратко рассмотрены условия формирования ГГЗ в земной коре и их влияние на образование и сохранность залежей углеводородов на материках и в акватории океанов. Исследование свойств этих удивительных природных образований позволяет получить ответы на ряд вопросов, связанных с формированием и развитием нашей планеты. Предложена рабочая гипотеза формирования атмосферы и гидросферы планеты, участия газогидратов в энергетике вулканизма. Показано, что состав вулканического газа определяется и составом привнесенного газа в гидратном состоянии.

Краткая характеристика гидратов природных газов

Гидраты газов представляют собой соединения-включения (клатраты), в которых молекулы газа при определенных давлениях и температурах заполняют структурные пустоты кристаллической решетки, образованной молекулами воды с помощью прочной водородной связи. Формально гидраты можно отнести к химическим соединениям, так как они имеют строго определенный состав. Но это соединения молекулярного типа, возникающие за счет вандерваальсовых сил притяжения молекул, которые являются не столь уж малыми (примерно 20—40кДж/моль) благодаря тесному соседству молекул газа с молекулами воды. При их образовании не происходит спаривания валентных электронов и соответствующего пространственного перераспределения электронной плотности в молекуле.

В настоящее время получены и изучены условия возникновения и существования гидратов почти всех природных и синтетических газов за исключением водорода, гелия и неона. Расчеты показывают, что при t = 0°С гидраты неона и гелия могут появиться при давлениях соответственно Р = 1,7 * 103 и 4 * 104 МПа. На рис. 1 приведены данные но упругости паров и равновесные кривые образования гидратов наиболее распространенных газов. В зонах, расположенных левее и выше этих кривых, газы находятся в твердом гидратном состоянии, правее и ниже — в свободном состоянии.

При образовании гидрата один объем воды связывает в зависимости от характеристики исходного газа от 70 до 300 объемов газа. Молекулы воды при возникновении гидрата и сооружении ажурных полостей как бы раздвигаются молекулами газа, заключенными в эти полости,— удельный объем воды в гидратном состоянии возрастает до 1,26—1,32 см3/г, что значительно превышает удельный объем льда (1,09 см3/г).

Свойства гидратов изучены недостаточно. Теплота гидратообразования при t ≈ 0°С составляет около 420 кДж/кг гидрата, что примерно на 20% выше теплоты льдообразования. Массовая теплоемкость гидрата примерно на 15% ниже теплоемкости льда. Теплопроводность гидрата, по Д. В. Дэвидсону, мало зависит от температуры и составляет всего около 0,5 Вт/(м * К), в то время как теплопроводность льда сильно зависит от температуры (рис. 2).
Плотность гидратов изменяется в широком диапазоне: от 0,8 до 1,8 г/см3. Плотность гидратов предельных углеводородов при t = 0°С: СН4 - 0,897 г/см3, С2H6 - 0,957; С4Н10 - 0,874; i-С4Н10 - 0,905.

Гидраты газов, полученные из пресной воды, обладают в 10—15 раз более высокой электропроводностью, чем у льда (10-7 Ом-1*см-1). Гидраты, полученные из растворов солей с минерализацией 10 г/л, имеют электропроводность в 3—4 раза ниже электропроводности исходного раствора. Для раствора минерализации 50 г/л это отличие составляет всего 40—70%.

Растворимость газов в воде, контактирующей с гидратом, резко понижается с ростом избыточного давления и минерализации воды [8].

Проницаемость гидратов очень низкая и близка к величине проницаемости плотных водонасыщенных глин, например, коэффициент проницаемости воды через гидрат метана составляет 5(10-6—10-8) см2/с, а для гидратов природного газа относительной плотности — (0,6-1) * 10-6 см2/с.

Как отражено на рис. 1, упругость газа (пара) над гидратом на один-два порядка ниже упругости газа в свободном состоянии [7].

Из сопоставления приведенных кривых видно, что для сохранения газов в свободном состоянии необходимо давление значительно выше, чем для сохранения в гидратном состоянии, например, при t = -100°С для аргона и метана — в 54 раза, для углекислоты — в 100 раз. Это свойство гидратов сыграло исключительную роль в сохранении газов на планете в период ее формирования.

Гидраты газов генетически подразделяются на два вида: искусственные — технологические гидраты, образующиеся в системах добычи, сбора, первичной обработки, транспортировки, хранения и переработки газов; природные гидраты — формирующиеся и накапливаемые в природных условиях без вмешательства человека [1]. Они выявлены сегодня в недрах и на дне морей и океанов нашей планеты, могут образовываться в атмосфере (на Венере на высоте 50—70 км от ее поверхности зафиксированы условия, благоприятные для формирования гидратов углекислоты), на поверхности планет (полярные шапки Марса) и в просторах космоса (кольца Сатурна и др.).

Если технологические гидраты, открытые еще в 1811 г., исследовались все это время и изучаются теперь в связи с тем, что они осложняют развитие газодобывающей промышленности, то с момента открытия природных гидратов прошло всего около 10 лет. Тем не менее полученные результаты убедительно показывают высокую перспективность использования их в качестве минерального источника сырья для химической и энергетической отраслей промышленности.

Генерируемые и мигрирующие в земной коре газы, попадая в соответствующие термодинамические условия и соединяясь с водой, образуют гидраты, накопление которых приводит к формированию ГГЗ. В зависимости от условий и стадии их формирования они содержат газ частично или полностью в гидратном состоянии. Снизу ГГЗ могут контактировать с пластовой, подошвенной или крыльевой водой, со свободной газовой, газоконденсатной или нефтяной залежью; сверху — со свободной газовой залежью, с газонепроницаемыми пластами, а в акватории океана — со свободной водой.

За 10-летннй период комплексных исследований получены новые данные, характеризующие условия образования газогидратов и иллюстрирующие процесс формирования ГГЗ на материках и в акватории океана; намечены некоторые способы поисков и разведки ГГЗ; предварительно оценены масштабы скопления природных газогидратов; разработано теоретическое обоснование способов разложения ГГЗ; промышленно опробован один из методов их разработки.

Зона гидратообразования

Зона гидратообразования (ЗГО) — зона горных пород, насыщенных водой и газом, в которой термодинамические условия соответствуют образованию гидратов. Мощность ЗГО зависит также от состава газа и минерализации пластовой воды.

Современная термодинамическая характеристика осадочного чехла земной коры на 25% территории суши и около 90% акватории Мирового океана соответствует условиям накопления и сохранения природных газов в твердом гидратном состоянии [6, 12, 13 и др.]. Максимальная мощность ЗГО на материках приурочена к наиболее охлажденным разрезам осадочного чехла земной коры, характеризующимся опресненными пластовыми водами.
Большая часть осадков в акватории океанов, мощность которых колеблется от нескольких сантиметров до нескольких километров, находится в ЗГО. В тропической зоне ЗГО начинается от глубин 250—500 м, а в полярных морях — от глубин 100—250 м. Верхняя граница ЗГО в акватории обычно находится в слое воды и определяется пересечением равновесной кривой гидратообразования и кривой изменения температуры воды. Нижняя граница ЗГО в акватории океана обнаруживается в толике придонных осадков и определяется пересечением кривой изменения температуры осадочного чехла и равновесной кривой гидратообразования.

Особое значение представляет зона сочленения арктических морей с материками, значительная часть которых характеризуется мощным слоем мерзлых пород. В прибрежных районах суши под влиянием океана мощность криолитозопы сокращается. Уменьшается также и глубина залегания ЗГО, т. е. непроницаемая гидратная покрышка с определенной широты поднимается к северу. С другой стороны, терморежим арктических морей соответствует условиям возникновения гидратов газов в придонных осадках практически на всей территории. Положение нижней границы ЗГО в придонной части понижается с углублением океана.

В прибрежной полосе ЗГО па материке и в придонной части океана смыкаются, образуя мощный куполообразный экран, простирающийся вдоль берега и являющийся надежной покрышкой для свободных угле-, водородов. Генерируемые и мигрирующие газы скапливаются под этой покрышкой независимо от наличия литологических ловушек, образуя мощные скопления углеводородов.

Минерализация пластовых вод в разрезе ЗГО практически остается величиной постоянной в любой части акватории морей и сдвигает равновесную кривую гидратообразования не более чем па 1—2°С, в то время как на материках минерализация пластовых вод может оказывать весьма значительное влияние на мощность ЗГО.
Механизм формирования ГГЗ значительно отличается от механизма формирования залежей свободного газа в результате низкой диффузионной проницаемости гидрата, низкого газосодержания пластовых вод, контактирующих с ГГЗ, низкой упругости газа в гидратном состоянии и др.

Накопление отдельных компонентов природного газа в твердой фазе может начаться уже на первых стадиях превращения органического вещества при биохимических преобразованиях, если они происходят в ЗГО или под нею. При этом в гидраты переходят также и свободные газы, поступающие из земных глубин.
Газогидратные залежи, существующие в современных термодинамических условиях осадочного чехла земной коры, могут быть первичными и вторичными. Первичные — это такие ГГЗ, которые после своего образования не претерпевали цикличного изменения термодинамических условий, сопровождаемых фазовыми переходами. Обычно первичные ГГЗ приурочены к акватории Мирового океана и залегают без литологических покрышек.
Вторичные ГГЗ — залежи, сформировавшиеся за счет свободного газа при изменении термодинамических условий их залегания. Обычно они находятся под непроницаемой покрышкой, возраст их определяется продолжительностью последнего периода стабильного существования равновесных термодинамических условий гидратообразования в разрезе.

Газы, генерируемые в зоне диагенеза и образующиеся в придонных осадках акваторий морей и океанов, не рассеиваются в придонных водах и практически полностью сохраняются без литологических покрышек, если образование их происходит в ЗГО. Газы, генерируемые ниже ЗГО, в зоне катагенеза, и достигающие при вертикальной миграции ЗГО, также не рассеиваются, а накапливаются в гидратном или свободном состоянии под непроницаемой газогидратной покрышкой. Переходы природных газов в клатратную, свободную или воднорастворенную форму залегания отражают цикличный характер многократного изменения термодинамической обстановки.

Косвенным признаком существования геогазогидратных режимов в истории развития нефтегазоносных бассейнов могут служить наличие (в том числе и на значительных глубинах — до 2—2,5 км) дегазированных вязких нефтей высокой плотности, низкие уровни подземных вод и дефицит пластового давления флюидов.

К вопросу об освоении ГГЗ

Определение ресурсов газа, содержащегося в гидратном состоянии на нашей планете, как и создание эффективных средств его извлечения, является весьма сложной проблемой. При таком определении необходимо учитывать региональные и общие показатели современных и палеотемператур, мощность осадков, их проницаемость, концентрацию углеводородных соединений в осадках исследуемого бассейна, интенсивность их фазовых превращений и степень сохранности газогидратов при циклических изменениях термодинамических параметров и т. д.

Запасы газа в ГГЗ, сосредоточенных на материках, определяются величиной около 57*1012 м3 [21]. По данным Мак Ивера [18], ресурсы газа суши в гидратном состоянии составляют 31,1 * 1012 м3, из которых 5,4 * 1012 м3 сосредоточено на территории Канады. Запасы газа, сосредоточенные в гидратном состоянии в акватории Мирового океана, оцениваются в пределах 1,5 * 1016 м3.

Для обнаружения ГГЗ в условиях пористой среды используются такие их свойства, как низкая электропроводность и проницаемость, повышенная скорость прохождения акустических волн, наличие аномально низких диффузионных газовых потоков над ГГЗ. В процессе геологоразведочных работ и разработки месторождений углеводородного сырья ГГЗ диагносцируются по понижению температуры залежи, изменению состава газа, опреснению пластовой воды и др.
Региональные поиски и обнаружение ГГЗ на суше и в акватории осуществляются средствами сейсмоакустического зондирования на частотах 0,1—10 кГц в комплексе с газо- и термометрией. Эти способы позволяют установить площадь, мощность, глубину залегания кровли и подошвы ГГЗ, определить гидрато- и газонасыщенность продуктивных пластов. В результате сейсмоакустического зондирования осадочного чехла выявлены крупные гидратные поля в районе северо-западного побережья США, в море Бофорта и в районе арктических островов Канады и восточного побережья Африки [15, 16, 18 и др.].

Разработка ГГЗ принципиально возможна. Однако термодинамические параметры процесса разложения гидратов требуют создания новых высокоэффективных методов их разработки как на материках, так и (особенно) в глубоководных частях акватории Мирового океана.

В основе освоения материковых ГГЗ лежит один общий принцип — перевод залежи газа из гидратного в свободное состояние с последующим отбором газа традиционными способами. Такой перевод газа из одного состояния в другое меняет быть осуществлен за счет снижения пластового давления до уровня, достаточного для разложения гидратов, либо путем термохимического или электроакустического воздействия на ГГЗ.

При вскрытии и разработке ГГЗ необходимо учитывать некоторые специфические свойства гидратов, такие как резкое увеличение объема газа при его переходе из гидратного в свободное состояние, значительное возрастание давления газа при термическом разложении гидрата, постоянство пластового давления, соответствующего определенной изотерме разработки ГГЗ, высвобождение больших объемов свободной воды при разложении гидрата и т. д.
Освоение ГГЗ в акватории морей имеет ряд особенностей, к ним можно отнести: отсутствие плотных, непроницаемых литологических покрышек и мощная водная оболочка над поверхностью ГГЗ в акватории океана; малые глубины залегания продуктивных пластов от поверхности дна (от долей метра до нескольких сот метров) и их широкое площадное распространение; относительно низкая механическая прочность перекрывающих и вмещающих гидраты отложений.

Разработка ГГЗ производится в течение всего периода отбора газа при постоянном гидростатическом давлении независимо от способа разложения гидрата. Степень переохлаждения по мощности ГГЗ — величина переменная и определяется глубиной верхней границы ЗГО в океане, мощностью ГГЗ и геотермическим градиентом в интервале разреза ГГЗ.

Газогидратная залежь является непроницаемой покрышкой для нижележащих залежей свободного газа пли нефти, и последствия ее разрушения необходимо учитывать во всех без исключения проектах разработки. При наличии свободной газовой или нефтяной залежи под газогидратной нужно в первую очередь отобрать нефть и свободный газ, после чего разрабатывать газогидратную залежь.

Для диагностирования и разработки ГГЗ можно также использовать ряд установленных в результате теоретических и экспериментальных исследований термодинамических и гидродинамических эффектов, возникающих в горных породах при распространении в них волновых знакопеременных полей. К важнейшим из них относятся [4] термоакустический эффект, заключающийся в многократном (до 18 раз) возрастании температуропроводности горных пород при воздействии на них сильными звуковыми колебаниями; эффект многократного (до 20 раз) увеличения проницаемости горных пород в звуковых и ультразвуковых полях; эффект изменения давления и насыщения углеводородных систем пористой среды, приводящей к интенсивной их дегазации в период воздействия знакопеременных напряжений.

Влияние газогидратов на формирование атмосферы и гидросферы Земли

Значительный интерес представляет анализ возможного влияния гидратов различных газов на формирование атмосферы и гидросферы нашей планеты, а также на процессы накопления и разрушения залежей углеводородов в недрах Земли.

Сопоставление данных об изменении состава атмосферы Земли при изменении атмосферного давления и температуры (рис. 3) в период образования нашей планеты позволяет сделать вывод о том, что в первичную (в историческом плане) атмосферу главным образом входили легкие газы. Исходя из термодинамической характеристики среды и компонентного ее состава можно предположить, что газовая среда протопланетного облака состояла из водорода, легких инертных газов и незначительного количества азота, метана, аммиака, углекислоты и других газов. Свободный кислород, по-видимому, отсутствовал, так как мог быть связанным в окислы. Большинство указанных газов, кроме водорода, гелия и неона, находилось в гидратном состоянии, а при давлениях менее 2 * 10-3 МПа и температурах ниже 50—70 К азот, аргон, метан были в твердом состоянии.

Уникальным гидратообразователем является углекислый газ, и это, бесспорно, отразилось на формировании и составе первичной атмосферы Земли: температура гидратообразования СО2 на 100—150°С выше, чем, например, у азота, аргона или метана, при этом равновесное давление образования гидратов СО2 на 3—4 порядка ниже. Упругость паров СО2 на 2—6 порядков ниже упругости паров метана, аргона, азота, кислорода и др.
Рассматривая геохимическую модель Земли, целесообразно напомнить, что еще в 30-е гг. текущего столетия В. И. Вернадский подчеркивал господствующее положение водорода в химии мироздания. Развитие его идей позволило В. Н. Ларину сформулировать гипотезу изначально гидридной Земли [5]. Не вдаваясь в ее детали, отметим, что в эволюции протопланетного облака на небулярной стадии формирования Солнечной системы и в период обособления протопланет аккреции вещества планет предшествовала их конденсация. В этом процессе, по нашему мнению, газогидраты играли весьма важную (возможно, главную) роль. На их основе был затворен «цемент» тех первичных сгустков вещества, «снегопад» которых к центру тяжести протопланеты положил начало процессам конденсации и коллапса.

Гидраты ювенильных газов, видимо, являлись одной из основных причин того, что плотность протопланет, а также планет после их образования была на несколько порядков меньше плотности, характерной для твердых тел [3].

Гравитационное сжатие и радиогенные процессы способствовали росту температуры в недрах формируемой Земли, что сопровождалось фазовыми переходами вещества. Атмосферное давление в этот период было значительно ниже ныне существующего, что создало условия для разложения газогидратов. На рис. 3, В приведена расчетная (усредненная) кривая изменения средней температуры поверхности Земли. На участке кривой, соответствующей начальному периоду формирования планеты (в течение 1,5 * 109 лет), показаны условия начала разложения гидратов отдельных газов. При этом атмосфера Земли в первую очередь обогащалась азотом, аргоном, метаном. В последующем, когда температура недр поднялась выше -150°С, в атмосферу Земли начал активно поступать углекислый газ. Исходя из гидратной концепции следует отметить, что аргон, имеющийся на Земле, не только радиогенного происхождения — он мог быть привнесен с веществом протопланетного облака в свободном и в связанном гидратном состоянии.

При разложении гидратов углекислый газ практически полностью поступал в атмосферу, а высвобождающаяся вода тут же превращалась в лед. Обогащение атмосферы свободной углекислотой создавало мощный парниковый эффект. Температура Земли продолжала возрастать, с одной стороны, за счет гравитационного сжатия, с другой — за счет парникового эффекта.

В осадочном чехле земной коры в связанном состоянии в карбонатах содержится около 4,1 * 1020 кг СО2: 2,97 * 1020 кг связано в верхней «осадочной» оболочке, 0,66 * 1020 — в гранитной и 0,44 * 1020 — в базальтовой [10]. Если бы вся эта углекислота находилась в начальный период развития Земли в свободном состоянии, то атмосферное давление на нашей планете в этот период превысило бы 8 МПа, т. е. было бы близким по величине к современным условиям Венеры. Можно предположить, что около половины массы углекислоты находилось бы при этом в жидком состоянии. Не исключено также, что первичный океан Земли мог представлять собой океан жидкой углекислоты, средняя глубина которого, по нашим расчетам, достигала 500 м. Более вероятным калюется вывод о том, что наличие жидкой воды в недрах Земли и на ее поверхности исключило накопление жидкой углекислоты и атмосферное давление на планете не превышало 4 МПа. Свободная углекислота активно растворялась в воде, что способствовало образованию карбонатов и выпадению их в осадок.

Парниковый эффект содействовал росту температуры выше 0°С, что привело немногим более 4 млрд. лет назад к формированию пресноводного океана из вод, отжимаемых из недр Земли при таянии льда, накопившегося в результате разложения газогидратов в период отрицательных температур. В водах формирующегося океана интенсивно растворялась углекислота и другие привносимые в них вещества, формировались мощные толщи карбонатов, сульфатов и др. С появлением жидкой воды парциальное содержание наров воды в земной атмосфере возросло настолько, что обеспечило возможность накопления в результате их диссоциации свободного кислорода, реализовало возможность зарождения и развития простейших организмов, привело к накоплению осадков железистых кварцитов.

Отметим, что соотношение масс воды и связанной углекислоты в недрах Земли полностью соответствует составу их гидрата для рассматриваемых условий:


Указанная величина (n = 8,7) соответствует экспериментально полученному нами значению молярного соотношения воды и углекислоты в гидрате для рассматриваемых условий.

Растворимость углекислоты в водах океана и захоронение ее в осадках привело к снижению атмосферного давления, ослаблению парникового эффекта и к обогащению первичной атмосферы газами, растворимость которых в воде по сравнению с углекислотой незначительна. В этот период, примерно (2—4,1) * 109 лет назад, в результате фотодиссоциации молекул водяного пара в атмосфере появляется свободный кислород. Образующийся кислород расходовался на окисление метана, окиси углерода, аммиака, сероводорода и других атмосферных газов. Отсутствие значительного количества свободного кислорода и озона способствовало образованию в растворах мелководных лагун сложных органических веществ, которые послужили, по-видимому, исходным материалом для формирования организмов, остатки которых отмечены в породах архея.

Примитивные одноклеточные водоросли осуществляли фотосинтез органических веществ из углекислоты и воды с выделением свободного кислорода. Усложнение и распространение организмов, выход их из океана на сушу способствовали интенсивному накоплению свободного кислорода и формированию атмосферы Земли близкого к современному состава [9].

Регулирующая роль гидратов природных газов в истории нашей планеты, по-видимому, имела место не только в период формирования атмосферы и гидросферы.

Газогидраты и новая глобальная тектоника. Со второй половины 60-х гг. вопросы глобальной тектоники стали рассматриваться под углом зрения гипотезы тектоники плит. Разработка представлений о растекании океанического дна (спрединге), в основу которых положены данные о полосовых магнитных аномалиях и построенные по материалам бурения карты изохрон океанической коры, породило скептическое отношение к утверждениям о фиксированном положении размещенных над астеносферой блоков литосферы. Предположения о зонах схождения или погружения одних блоков континентальной или океанической коры под другие (субдукция, обдукция) оказались необходимыми для объяснения происхождения сложных тектонических структур складчатых областей и других многопокровных сооружений.

С позиций повой глобальной тектоники стали рассматриваться также процессы дифференциации вещества мантии Земли и образование сейсмофокальных зон глубинных сейсмических очагов, уходящих под островные дуги и окраины континента (зоны Заварицкого — Беньеффа).

При упрощенном представлении покровов Земли как системы движущихся литосферных плит, тыловыми частями каждой из которых являются зоны спрединга, фронтальными — зоны субдикции, а боковыми — зоны крупных трансформных разломов [14], по мнению авторов, можно высказать ряд предположений о судьбе захороненных в недрах органических продуктов биосферы и, в частности, о роли газогидратов в процессах аккумуляции значительных скоплений углеводородного сырья и в формировании литосферы.
В динамике тектонических процессов, напряженном состоянии земной коры определенную роль играют свойства газовых гидратов понижать пли повышать давление пластовых флюидов при образовании или разложении их в замкнутом объеме. То обстоятельство, что один объем воды в момент образования гидратов связывает от 70 до 300 объемов газа, удельный объем которого при переходе в гидратное состояние снижается на несколько порядков (141,5 м3 СН4 занимает в гидратном состоянии объем в 0,142 м3), способствует резкому снижению пластовых давлений и служит одной из причин притоков (подсоса) дополнительного количества углеводородных и других флюидов в ЗГО.

В работе [8] показано, что содержание растворенного газа в воде, контактирующей с гидратами, резко снижается с ростом избыточного давления, а это также способствует интенсификации концентрации газов из газонедонасыщенных пластовых вод при формировании ГГЗ и при последующем их разложении с образованием залежей свободного газа.

Низкие удельные молярные объемы газов в гидратном состоянии (табл. 1) являются также основной причиной резкого нарастания давления газа при разложении газогидратов в замкнутом объеме, которое в конечном итоге значительно превышает равновесное давление их образования. Исходные данные для расчетов и результаты определения изменений пластового давления при декомпозиции клатратных образований метана в замкнутом объеме приводятся в табл. 2.

Зависимость давления метана от температуры разложения его гидрата и подогрева газа в замкнутом объеме приводится на рис. 4. Как видно из диаграммы, давление метана при термическом расширении его в замкнутом объеме (кривая MN) не превышает 60 МПа при t = 140°C, в то время как при разложении гидрата метана в замкнутом объеме и повышении его температуры до t = 140° G давление газа может достигать 2—3 тыс. МПа.
Рассмотрим на примере метана принципиальную возможность влияния скоплений газа в гидратном состоянии на явления, сопутствующие динамике континентальных плит.

В литературе описан ряд моделей столкновения литосферных плит, что и позволило привлечь эти модели для объяснения латеральной миграции углеводородов [2]. В общем случае погружение седиментационного блока, включающего толщи коллекторов и ГГЗ, под окраину континента или островную дугу создает условия для активизации заключенных в породах углеводородных флюидов. Надвигаемая плита экранирует залежи углеводородов (нефтяные, газоконденсатные, газовые и газогидратные), которые по мере погружения в глубь Земли подвергаются дополнительному воздействию температур и давления.

При этом давление в залежах нефти, газового конденсата или свободного газа обычно не превышает величину горного давления, и их прорыв в более проницаемые зоны или коллекторы происходит, по-видимому, без катастрофических разрушений вмещающих пород. Перетоки мобилизованных в условиях повышенных температур и давлений углеводородных флюидов, водяных и газоводяных смесей в направлении зон пониженного давления и наиболее проницаемых породных систем, в апикальные части структурных перегибов, вверх по восстанию пластов и др. создают условия для укрупнения и разрушения залежей углеводородов.

Совершенно иная картина имеет место при наличии в осадочной толще погружающейся плиты крупных скоплений газогидратов. Возрастание температуры ГГЗ по мере погружения плиты обеспечивает условия разложения гидратов и переход газа и воды в свободное состояние. Рост давления газа с повышением температуры происходит по равновесной кривой до тех пор, пока гидраты не разложатся полностью либо пока напряжение в окружающих породах не достигнет предельной величины и не произойдет их динамическое разрушение с выбросом свободного газа, воды, пород с остатками гидратов и т. д. В соответствии с расчетами можно утверждать, что при разложении гидрата метана с повышением его температуры превышение давления газа над горным давлением может иметь место на глубинах от первых до 70—80 км [19, 20] (рис. 5).

Анализ характеристик динамики литосферных плит, распространения действующих вулканов Земли показывает их приуроченность к активным зонам субдукции, где гидратонасыщенные пласты погружаются под литосферные плиты. При таком погружении в зоны высоких температур происходит разложение гидратов в замкнутом объеме, и газ переходит из связанного гидратного состояния в свободное. Давление высвобождающегося газа резко возрастает, при превышении горного давления разрушаются перекрывающие породы и формируются вулканы. Величина гидратонасыщенности пород, мощность гидратонасыщенных пород, степень их переохлаждения, интенсивность погружения, пластичноупругие свойства пород в зоне погружения, степень перегрева и т. д. в каждом конкретном случае определяют глубину очага вулканизма, динамику развития вулкана.

В свете высказанного представляется весьма спорной гипотеза Т. Голда [17] о крупных скоплениях свободного неорганического метана в глубинных недрах Земли, которые способствуют развитию активного вулканизма. Эти скопления метана в недрах Земли являются продуктом температурного разложения гидратов, привнесенных погружающимися литосферными плитами в зонах субдукции.

Таким образом, можно рассматривать ГГЗ в качестве одного из локальных источников энергии, инициирующих тектономагматические процессы в литосфере нашей планеты.

Историко-геологический, но своей сущности диалектический, подход к процессам образования и миграции углеводородов, формирования их скоплений и разрушения залежей невозможен сегодня без учета последствий газогидратного этана эволюции природных газов. Дальнейшее выявление роли газовых гидратов в истории развития планет Солнечной системы позволит, вероятно, углубить наши знания в области фундаментальных наук о Земле и представит большой практический интерес.

Из вышеизложенного следует, что состав газа, выделяемого при действующем вулканизме, во многом определяется составом газа, содержащегося в ГГЗ и привнесенного в зону динамического развития вулканизма с последующими термохимическими превращениями.

Заключение

Открытие советскими учеными свойства газов вступать в определенных термодинамических условиях в соединение с пластовой водой и образовывать газогидратные залежи, изучение условий накопления таких залежей в земной коре, исследование свойств гидратов позволили авторам показать исключительное влияние гидратов на формирование залежей углеводородов, на их сохранность; высказать рабочую гипотезу формирования атмосферы и гидросферы нашей планеты; показать, что на состав вулканического газа может оказывать влияние и привнесенный газ в гидратном состоянии.
Данная работа ни в коей мере не претендует на завершенность. Авторы выражают надежду, что высказанные положения найдут дальнейшее творческое развитие.


А. А. ТРОФИМУК, Ю. Ф. МАКОГОН, М. В. ТОЛКАЧЕВ
Subscribe

Recent Posts from This Journal

  • Благодаря этой реке

    Благодаря этой перевёрнутой реке мы точно знаем, что: - территория, по которой она рыла себе русло, была материковой; - чтобы такой каньон…

  • Перевёрнутая река

    Обсерватория Однажды японский бог задумался: "У всех есть свои народы, а у меня их нет. Где я своих "малышей" не заселю - все их побивают.…

  • Список пирамид Земли

    Обсерватория: Количество сохранившихся пирамид, построенных на Земле, велико. Обычно нам знакомы египетские (слово "пирамида" - мем Хеопса) и,…

  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 0 comments