|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ИНХС РАН |
||
Геохимические характеристики и источники органического вещества донных отложений Арктического шельфа и оценка углеводородного потенциала региона на примере северной части шельфа Баренцево-Карского регионаНИР
Geochemical characteristics and sources of bottom sediment organic matter of the Arctic shelf and assessment of hydrocarbon potential of the region at the example of the northern Barents-Kara shelf
- Руководитель НИР: Полудеткина Е.Н.
- Участники НИР: Видищева О.Н., Калмыков А.Г., Сигачева Л.Ю.
- Подразделение: Кафедра геологии и геохимии горючих ископаемых
- Срок исполнения: 17 января 2023 г. - 31 декабря 2024 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): 23-27-00293
- Номер ЦИТИС: 123120500001-5
- Тип: Фундаментальная
- Приоритетное направление научных исследований: Изучение углеводородных ресурсов морских акваторий и Арктического региона Российской Федерации, разработка инновационных методов увеличения нефтеотдачи
- ПН России: Рациональное природопользование
- Критическая технология России: Технологии поиска, разведки, разработки месторождений полезных ископаемых и их добычи
-
Рубрики ГРНТИ:
- 38.57.19 Поиски, разведка и оценка месторождений нефти, газа и конденсата
-
Ключевые слова:
генерация и миграция углеводородных соединений, баренцево море, критерии нефтегазоносности, нефтегазоматеринские толщи, арктический шельф, поверхностная геохимическая съёмка, придонные отложения, биомаркерные параметры, карское море
arctic shelf, oil and gas potential criteria, bottom sediments, barents sea, oil and gas source sequences, generation and migration of hydrocarbon compounds, kara sea, biomarker parameters, surface geochemical survey -
Описание:
Расширение поисковых, геологоразведочных и других работ по освоению нефтегазового потенциала арктического шельфа – одна из ключевых задач энергетической стратегии России на период до 2035 года. Россия располагает самым протяженным и наибольшим по площади морским арктическим шельфом. При этом научные представления о геологическом строении региона базируются преимущественно на данных сейсморазведки и распространении характеристик пород материковой части в морскую акваторию. Получение информации о свойствах нефтегазоматеринских толщ (НГМТ) и процессах, связанных с генерацией нефти и газа, существенно расширит знания о геологии малоизученного региона. Одним из методов исследования Арктической территории являются поверхностные геохимические поисковые методы, предполагающие диффузно-фильтрационный массоперенос углеводородов (УВ) из залежи к поверхности осадочного чехла. Использование этих методов на акваториях является фактически единственным способом исследования флюидных систем, так как отсутствует возможность глубинного бурения. Геохимические методы позволяют определять зоны генерации и аккумуляции на региональном уровне, а также дать оценку типа и характера флюидонасыщения локальных структур, дают возможность охарактеризовать нефтегазоматеринские толщи (НГМТ) в осадочном чехле (состав, тип исходной биомассы, условия накопления органического вещества (ОВ), его трансформация и степень зрелости). Данная информация будет неоценима для научных представлений о геологическом строении неизученных частей арктического региона. Ведущие компании нефтегазового сектора применяют геохимические методы при поисках нефти и газа в морских акваториях. Технологии проведения исследований считаются перспективными, но результаты изучения практически не освещаются в печати, а сам метод используется компаниями как поверочный. В данном исследовании предлагается использовать поисковые геохимические методы в первую очередь для решения научных проблем, связанных с низкой изученностью северных частей арктического региона. Полученные результат позволят сделать выводы о процессах, протекающих в углеводородных системах глубинных и приповерхностных отложений, что в дальнейшем дополнительно повысит обоснованность определения перспектив нефтегазоносности конкретных площадей. Коллектив исполнителей располагает обширной коллекцией образцов (700 образцов) донных отложений из северной части Баренцева моря, полученных в ходе научных экспедиций ТТR-19 и ТТR-20 (Плавучий университет), а летом 2022 года планируется отбор образцов донных отложений (150 образцов) в северной части Карского моря (экспедиция ТТR21). Данные экспедиции проводятся при поддержке Министерства науки и высшего образования российской Федерации. Указанные районы исследования характеризуются крайне низкой изученностью, а наличие плотных, низкопроницаемых отложений в верхней части осадочного разреза может способствовать сохранению углеводородных соединений. Обычно при геохимическом поиске чаще всего используется газовая съемка, объектом изучения которой являются газы, растворенные в воде и водной толще. Однако, они сильно подвержены биохимическим преобразованиям и практически не содержат биомаркеров, свидетельствующих о химизме протекающих процессов. Изучение ОВ донных отложений на молекулярном уровне с определением структуры и пространственной конфигурации соединений сможет расширить возможности поверхностной геохимии. Коллектив проекта имеет большой опыт анализа ОВ, его связи с УВ флюидами, изучения теоретических аспектов процессов нефтегазообразования и исследования Арктического региона. Доступность современных методов анализа и опыт коллектива позволят получить и корректно интерпретировать результаты исследований УВ соединений придонных отложений на малоизученной территории, сделать научные выводы о строении отложений и протекающих на глубине и поверхности процессов, а также разработать более точные методы поисковой геохимии.
-
Abstract:
The Arctic shelf of Russia bears huge oil and gas resources. Expansion of prospecting and exploration works to develop the oil and gas potential of the Arctic shelf is one of the main goals of the Russian energy strategy for the period up to 2035. The usege of surface geochemical prospecting methods on the Arctic shelf is actually the only way to study fluid systems without deep drilling. Geochemical surface survey of bottom sediments makes it possible to determine the zones of generation and accumulation of hydrocarbon (HC) fluids at the regional level, as well as to assess the type and nature of the fluid saturation of local structures, to determine the presence of oil and gas source rocks in the sedimentary cover and to identify their geochemical features. This information will be invaluable for the geological characterization of unexplored parts of the Arctic region. The research team has a large collection of samples (700 samples) of bottom sediments in the northern part of the Barents Sea, sampled during the multidisciplinary scientific expeditions TTR-19 and TTR-20 (Floating University "Training-throughResearch"), and it is also planned to take samples of bottom sediments (150 units) in the northern part of the Kara Sea (Expedition TTR-21) in the summer of 2022. This study area is characterized by extremely low knowledge and the presence of low-permeability glacial deposits in the upper part of the sedimentary cover, which serve as a lithological barrier to HC fluids migrating from deep source rocks. Features of the geological structure of the study area require the development of an individual method of geochemical near-surface survey. Gas-geochemical surface surveys are mainly used in geochemical prospecting. The object of its study are gases contained in water and bottom sediments, which practically do not contain biomarkers indicating the chemistry of transformation processes. The study of bottom sediment organic matter (OM) at the molecular level with the determination of the structure and spatial configuration of compounds can expand the possibilities of surface geochemistry. The availability of modern methods of analysis and the experience of the research team will make it possible to obtain and correctly explain the results of studies of HC compounds in bottom sediments in a poorly studied area, make scientific conclusions about the structure of sediments and processes occurring at depth and surface, and develop more accurate methods of prospecting geochemistry.
-
Планируемые результаты:
По итогам Проекта будут получены следующие научные результаты: 1. Будет установлен литологический контроль состава и концентрации органического вещества (ОВ) в донных отложениях различных геологических структур на северных площадях Баренцева и Карского морей. Распространение в изучаемом районе позднеплейстоценовых отложений, характеризующихся высокой уплотненностью и низкой проницаемостью, влияет существенным образом на конфигурацию геохимических полей и требует учета фактора литологического контроля флюидонасыщенности при интерпретации данных геохимических исследований. 2. Будут определены характеристики генерирующей толщи (состав, зрелость), необходимые для сопоставления с уже изученными материковыми отложениями, выполнена оценка изменчивости обстановок осадконакопления на новых территориях и выявлен ряд особенностей процессов генерации и миграции углеводородных соединений. Дополнительно, используя современные методы изучения органического вещества, будут выявлены прямые признаки наличия залежей, определен тип флюида (газ, газоконденсат, нефть). Исследование аккумулированных в придонных осадках углеводородных соединений методом хроматомасс-спектрометрии (ХМС) позволит определить преимущественный тип органического вещества в нефтематеринских отложениях, палеогеографические условия его седиментации и захоронения (особенности даигенетических процессов), некоторые аспекты минералогического состава этих пород (присутствие в отложениях карбонатных и глинистых минералов, влияющих на процессы генерации углеводородных соединений). Будет выполнена реконструкция условий формирования придонных осадков и типы биопродуцентов, некрома которых осаждается вместе с осадками и является предшественниками компонентов углеводородной системы. Пиролитические и биомаркерные исследования донных отложений и керна стратиграфических скважин (до 100 м глубиной) позволят изучить изменение ОВ с глубиной в результате диагенеза и сделать выводы как о процессах миграции, так и о влиянии современных обстановок на состав углеводородных соединений в придонных отложениях. 3. Будет выполнена оценка возможного загрязнения. Применение парофазного газохроматографического анализа (ПФА) позволит оценить присутствие миграционных углеводородных соединений, а также выявить наличие загрязняющих веществ в донных отложениях. Метод ПФА быстрый и простой, позволяет идентифицировать пики хроматограмм летучих веществ, однако еще не применялся в нефтепоисковой геохимии и для оценки загрязнения верхней толщи донных отложений. Фактически, дополнительным результатом проекта будет настройка нового метода для изучения органического вещества и решения как научных, так и промышленных задач при работах в труднодоступных и малоизученных регионах. Использование биомаркерных параметров в связи с их общей устойчивостью к атмосферным воздействиям, биоразложению, испарению и другим процессам позволит также оценить нефтяное загрязнение северной части Баренцева и Карского моря. 4. Будет дана оценка эффективности различных методов при газогеохимической сьемке. После проведения комплекса геохимических исследований донных отложений и неглубоких скважин будет сделан анализ наиболее результативных поисковых геохимических методов на акватории. Будет подобран набор конкретных биомаркеров и биомаркерных параметров, позволяющих судить как о геологических характеристиках нефтематеринских отложений, так и о наличии резервуаров в залегающих на глубине формациях, сделать выводы о генерации и миграции углеводородных соединений. Дополнительно будет создан атлас углеводородных соединений, встречаемых на исследуемой территории в зависимости от положения на разных структурных элементах. 5. По результатам проделанной работы будет предложен оптимальный комплекс работ при поисковых и геологоразведочных работах в Арктике, учитывающий особенности строения исследуемой территории. Получаемые результаты для Российского сектора арктического региона является новыми, во многом уникальными. Они дадут обширный набор информации для изучения геологии исследуемых объектов, расширят область знаний об арктическом шельфе Российской Федерации. При этом с учётом малой изученности региона, отсутствия прямых методов для геологических исследований строения и состава пород, а также необходимости расширения ресурсной базы Российской Федерации, поиска новых источников энергии, ожидаемые результаты обладают высокой значимостью для научного сообщества и промышленного сектора.
-
Научный задел:
Коллектив исполнителей располагает обширной коллекцией образцов (700 образцов) донных отложений из северной части Баренцева моря, полученных в ходе научных экспедиций ТТR-19 и ТТR-20 (Плавучий университет), а летом 2022 года планируется отбор образцов донных отложений (150 образцов) в северной части Карского моря (экспедиция ТТR21). Данные экспедиции проводятся при поддержке Министерства науки и высшего образования российской Федерации. Указанные районы исследования характеризуются крайне низкой изученностью, а наличие плотных, низкопроницаемых отложений в верхней части осадочного разреза может способствовать сохранению углеводородных соединений. Обычно при геохимическом поиске чаще всего используется газовая съемка, объектом изучения которой являются газы, растворенные в воде и водной толще. Однако, они сильно подвержены биохимическим преобразованиям и практически не содержат биомаркеров, свидетельствующих о химизме протекающих процессов. Изучение ОВ донных отложений на молекулярном уровне с определением структуры и пространственной конфигурации соединений сможет расширить возможности поверхностной геохимии. Коллектив проекта имеет большой опыт анализа ОВ, его связи с УВ флюидами, изучения теоретических аспектов процессов нефтегазообразования и исследования Арктического региона. Доступность современных методов анализа и опыт коллектива позволят получить и корректно интерпретировать результаты исследований УВ соединений придонных отложений на малоизученной территории, сделать научные выводы о строении отложений и протекающих на глубине и поверхности процессов, а также разработать более точные методы поисковой геохимии.
- Добавил в систему: Полудеткина Елена Николаевна
Источник финансирования НИР
| грант РНФ |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 17 января 2023 г.-31 декабря 2023 г. | Геохимические характеристики и источники органического вещества донных отложений Арктического шельфа и оценка углеводородного потенциала региона на примере северной части шельфа Баренцево-Карского региона |
| Результаты этапа: В рамках выполнения работ по Проекту были изучены донные отложения в северной и северо-восточной части Баренцева моря в пределах Баренцевского прогиба, Восточно-Баренцевской зоны ступеней и восточной части Северо-Баренцевской зоны поднятий. Результаты литологического изучения донных осадков показали, что осадки представлены голоценовыми глинистыми и алевро-глинистыми морскими осадками, верхнеплейстоценовыми алевро-глинистыми ледниково-морскими отложениями и плейстоценовыми уплотненными песчано-алевро-глинистыми моренными отложениями. Сопоставление состава отложений с наличием повышенного насыщения как в поверхностном слое, так и в «аномальных» станциях не позволило выявить прямых закономерностей. Вероятно, литологический состав, несомненно влияя на удерживающую способность отложений, не является определяющим фактором, а накопление флюидов зависит как от интенсивности процессов миграции, так и от строения пустотного пространства, барьера на границе вода-осадок и удельной поверхности осадков с учётом расположения в объёме конкретных сорбирующих минералов. Геохимические исследования показали, что относительные концентрации растворимой части органического вещества (ОВ) (хлороформенные битумоиды) в них также варьируют в очень широком диапазоне – от 0,07 до 2 мг/г осадка. Максимальные значения характерны для образцов из приповерхностного интервала станций (0-10 см). Это может быть связано, с одной стороны, с обогащенностью приповерхностной части разреза эпигенетичными флюидами, так как граница раздела «вода – осадок» является важным геохимическим барьером на пути миграции углеводородных соединений (УВС) из глубокопогруженных частей осадочного разреза. С другой стороны, относительно повышенные значения могут объясняться низкой степенью диагенетической преобразованности сингенетичного ОВ поверхностного слоя осадков в связи с наличием лабильных соединений биополимеров. В то же время в единичных станциях установлено увеличение содержание ХБ в донных отложениях с глубиной, которое достигает 3,2 мг/г осадка. Вероятно, в осадках происходило накопление миграционных УВС, поэтому данные станции интервалы были отмечены для дальнейших исследований. Групповой состав ОВ донных отложений неоднороден и изменяется по разрезу независимо от глубины залегания. Как правило, в нем доминируют смолисто-асфальтеновые компоненты. Наибольшей долей асфальтенов в составе ОВ характеризуются осадки приповерхностного интервала. Лишь в некоторых изученных разрезах интервалы с облегченным составом ОВ преобладают, указывая на возможный подток миграционных УВС из глубокопогруженных частей осадочного разреза. Станции с таким составом УВС зафиксированы на поднятиях Персея, Демед и Северо-Восточном плато (Сигачева и др., 2023). Молекулярный состав ОВ донных отложений также неоднороден. Большинство экстрактов характеризуется «пилообразным» распределением н-алканов с максимумами у высокомолекулярных нечетных гомологов, что указывает на низкую степень термической преобразованности современного ОВ. Для приповерхностных интервалов (0-10 см) изученных разрезов северной части Баренцева моря характерны высокие концентрации н-алканов с длиной цепи С34 и более, среди которых доминируют четные гомологи, вероятно, бактериальной природы. Для ряда проанализированных образцов, отобранных из 3 станций на поднятии Персей и 1 станции на Северо-Восточном плато установлено близкое к нефтяному распределение н-алканов, свидетельствующее о присутствии в составе ОВ осадков катагенетически зрелых УВС миграционной природы. Эпигенетические флюиды, обнаруженные в разных изученных разрезах, схожи по распределению н-алканов между собой, что может указывать на единый источник УВ в осадочной толще района исследований. В молекулярном составе ОВ осадков установлено наличие как био-, так и геогопанов, моретанов и гопенов. Для большинства проб характерны минимальные концентрации геогопанов. Фоновые и близкие к фоновым концентрации наблюдались в экстрактах из осадков станций Восточно-Баренцевской зоны ступеней и на восточном борту Баренцевского прогиба. Следовательно, ОВ донных отложений данного района обладает низкой зрелостью и, вероятно, не содержит миграционной компоненты. Высокие концентрации геогопанов в экстрактах из осадков разрезов станций на поднятиях Персея, Демед и Северо-Восточном плато, напротив, подтверждают предположение о подтоке УВ из глубоких частей осадочного бассейна на некоторых участках, которые были отмечены как «аномальные». Тем не менее, и на таких участках миграционная УВ компонента распределена неравномерно и характерна лишь для отдельных интервалов опробованного разреза. Последнее может объясняться различной сорбционной способностью отложений, вмещающих УВ, а также разным соотношением нефтяных УВ миграционной природы и современного ОВ осадков. Величины биомаркерных коэффициентов зрелости свидетельствуют о высоком уровне термической преобразованности ОВ в образцах из «аномальных» районов северной части моря. Сопоставление результатов литологических, геохимических исследований с данными сейсмоакустического комплекса исследований (выполненных ранее вне работ по данному Проекту) показало, что литологическим барьером, препятствующим миграции флюидов к поверхности, может являться моренный комплекс, наиболее широко развитый в пределах северо-восточной части изучаемого района. При этом интерпретация сейсмоакустического комплекса исследований показала, что зоны, в которых предположительно есть признаки флюидоразгрузки (наличие покмарок, разломов, аномалий типа «яркое пятно» и др.), присутствуют на всей территории исследования. Тем не менее, результаты геохимического анализа показали, что далеко не в пределах всех таких зон протекают активные миграционные процессы из недр осадочного чехла и накапливается достаточное количество УВ флюидов катагенетического происхождения. Фактически, только в пределах бортовой части Северо-Баренцевской депрессии, на которой по результатам сейсмоакустических исследований определены многочисленные глубинные разрывные нарушения, выявлены основные участки с наличием аллохтонных битумоидов. Таким образом, результаты исследований показывают, что участок восточного склона и подножья поднятия Персея в северной части Баренцева моря характеризуется высокой плотностью проявлений современной рассеянной флюидоразгрузки, установленной по большому числу геохимических индикаторов. На западном склоне Северо-Восточного плато также возможен существенный подток УВ флюидов из недр. Чтобы охарактеризовать предполагаемую нефтегазоматеринскую толщу, являющуюся источником миграционных УВ верхней части осадочного разреза, были проанализированы биомаркерные параметры обстановок накопления и природы исходного ОВ. По соотношению регулярных стеранов ОВ образцов характеризуется смешанным составом и приурочено к морским и прибрежно-морским обстановкам накопления. В эту же область попадает большинство образцов из аномальных станций. Таким образом, можно предположить, что источником нефтяных УВ в осадках является нефтегазоматеринская толща со смешанным типом ОВ. При этом в ряде экстрактов из осадков на всей территории исследования наблюдается значительно бОльшая доля гумусовой составляющей, что проявляется в преобладании гомологов состава С29, что объясняется иным, отличным по геохимическим характеристикам, источником миграционных УВ. По значениям биомаркерных параметров определен тип генерирующей толщи: отношения адиантана (гопана состава С29) относительно гопана С30 (Н29/Н30 < 1), тетрациклического терпана T24 относительно трициклического t26 (Т24/t26 < 0,5), отношение трициклических терпанов t24 и t23 (t24/t23 > 0,5) свидетельствуют о морских терригенных условиях седиментации нефтегенерирующей толщи. Так как большинство экстрактов из аномальных станций характеризуется схожими условиями формирования и составом исходного ОВ, можно предположить для них единый источник миграционных УВ внутри осадочного разреза района исследований. Ввиду отсутствия кернового материала в пределах северо-восточной части Баренцева моря точно установить конкретную материнскую породу не представляется возможным. Поэтому была выполнена попытка корреляции на основании сравнительного анализа молекулярных составов экстрактов донных осадков и нефтегазоматеринских пород, отобранных из обнажений на архипелагах Шпицберген и Земля Франца Иосифа. Так, для экстрактов среднетриасовых аргиллитов характерно схожее с аномальным распределение н-алканов (одномодальное с максимумом в области С18-С22), низкие значения отношения Pr/Ph (от 0,3 до 1,2), соотношение стерановых УВ (С27:С28:С29 как 33:25:42), свидетельствующее о преимущественно морских обстановках накопления ОВ (Кирюхина и др., 2012; Норина, 2014). Таким образом, данные отложения могли являться источником миграционных УВС, зафиксированных в разрезах «аномальных» станций. Очагом генерации миграционных флюидов могли служить наиболее погруженные части осадочного разреза Северо-Баренцевской депрессии, вошедшие в главную зону нефтеобразования (Ступакова и др., 2021). Глубины погружения нефтегазогенерирующей толщи, определенные по данным изотопных исследований и биомаркерных параметров зрелости в аномальных станциях, могли достигать зоны, соответствующей середине – концу главной зоны нефтеобразования. Проведённый комплекс исследований позволил не только выявить наличие «аномальных» станций и установить предполагаемый источник генерации УВС, но и предложить последовательность исследований донных осадков для поиска зон современной флюидоразгрузки. Для решения такой задачи очень важен корректный выбор положения станций. Зоны, в которых сейсмоакустические исследования показали наличие разломов, наиболее вероятно могут быть перспективными, тогда как наличие покмарок, «ярких пятен» и других аномалий не всегда свидетельствует о наличии протекающих в настоящее время процессов миграции жидких УВС. Первым этапом исследований в зависимости от оснащённости и возможности лаборатории должен быть либо парофазный анализ, либо люминесцентно-битуминологический анализ, подкреплённые пиролитическими исследованиями. Для дальнейшей характеристики состава УВС необходимо выполнить горячую экстракцию хлороформом со сбором экстракта минимум из 3 разных интервалов (приповерхностный слой и разная глубина погружения по возможности с учётом изменения литологического состава, определённого методами рентгенофазового анализа и гранулометрии) для «аномальных» станций и 1-2 образцов «фоновых». Полученные экстракты должны быть разделены на группы и фракции, а насыщенная и ароматическая фракции проанализированы методом хромато-масс-спектрометрии. Помимо принятого в нефтяной геохимии «стандартного» анализа должны быть определены биологические гопаны и гопены. Дополнительно рекомендуется выполнить анализ газообразных углеводородов методами газовой хроматографии и изотопный анализ углерода и водорода метана, углерода и кислорода углекислого газа для подтверждения получаемых выводов. При наличии недостаточных концентраций метана и его гомологов для выполнения изотопных исследований на ряде образцов планируется выполнить экспериментальную работу по концетрированию углеводородов для выполнения изотопных исследований. | ||
| 2 | 1 января 2024 г.-31 декабря 2024 г. | Геохимические характеристики и источники органического вещества донных отложений Арктического шельфа и оценка углеводородного потенциала региона на примере северной части шельфа Баренцево-Карского региона |
| Результаты этапа: | ||
Прикрепленные к НИР результаты
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".