Зона разуплотнения термобарического типа в кристаллической коре северо-западного шельфа Черного моря - потенциальный региональный коллектор ...
←
→
Транскрипция содержимого страницы
Если ваш браузер не отображает страницу правильно, пожалуйста, читайте содержимое страницы ниже
ЗОНА РАЗУПЛОТНЕНИЯ ТЕРМОБАРИЧЕСКОГО ТИПА В КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ КОРЕ...
УДК 552.1:551.14(477) DOI: 10.24028/gzh.0203-3100.v41i2.2019.164456
Зона разуплотнения термобарического типа
в кристаллической коре северо-западного
шельфа Черного моря — потенциальный региональный
коллектор абиогенного метана
В. А. Корчин, О. М. Русаков, 2019
Институт геофизики им. С. И. Субботина НАН Украины, Киев, Украина
Поступила 28 ноября 2018 г.
Сейсмічні дослідження північно-західного шельфу Чорного моря виявили зони
низьких швидкостей (ЗНШ) у кристалічній корі на глибинах 6—16 км. Уперше описа-
но новий термобаричний механізм їх утворення. На його користь свідчать активний
температурний режим літосфери і глибинні геодинамічні процеси регіону. ЗНШ в
основному зумовлені термічним розущільненням гірських порід, яке не компенсуєть-
ся відповідним геостатичним тиском. Породи таких зон характеризуються підвище-
ними значеннями тріщинуватості й пористості та зниженими густиною, пружними
параметрами і теплопровідністю. Оскільки породи проникні й гігроскопічні, вони
можуть більш вільно трансформувати, поглинати і локалізувати мантійні вуглевод-
неві флюїди, які, в свою чергу, додатково руйнують гірське середовище. В межах
ЗНШ локалізація вуглеводнів підтверджується наявністю близько 3200 активних
газових виходів й 8 газових і газоконденсатних родовищ, 6 з яких пов’язані з трубою
дегазації мантійного метану. Причому вперше встановлено просторовий зв’язок між
ЗНШ і трубою дегазації, до якої тяжіють родовища вуглеводнів.
ЗНШ слід розглядати як новий критерій пошуку термобаричних пасток вугле-
воднів. Сприятливі умови для накопичення абіогенного метану існують на глибині
6—16 км, що може істотно розширити вуглеводневий потенціал шельфу при вико-
ристанні сучасної технології буріння.
Ключові слова: Чорне море, північно-західний шельф, верхня кристалічна кора,
зони малої сейсмічної швидкості, термобарична модель розущільнення кристалічних
порід, регіональна пастка абіогенного метану.
Введение. Черное море является самым et al., 1991]. Поэтому потребовалось бы
большим в мире резервуаром растворен- почти 400 лет для заполнения метаном ак-
ного метана, где его количество глубже ватории, что невозможно, поскольку вре-
150—200 м оценивается в 96 Tg [Reeburgh мя существования метана в Черном море
et al., 1991]. Этот объем почти в 1,6 раза составляет максимум 20 лет [Reeburgh et
превышает подтвержденные запасы всех al., 1991]. По данным Иванова и Лейн [Iva-
месторождений газа на шельфе Турции, nov, Lein, 2006], в Черном море редуциро-
Болгарии, Румынии и Украины [Русаков, ванием метаногенами диоксида углерода
Кутас, 2014]. Количественные расчеты ежегодно производится 9,96 Tg метана,
показали, что деятельность микроорга- который, однако, полностью расходуется
низмов не может обеспечить существу- в процессе анаэробного окисления.
ющую концентрацию метана в Черном Несмотря на то, что бурению 11 скважин
море. Ежегодный привнос органического на шельфе, склоне и в глубоководной кот-
вещества максимально обеспечивает об- ловине в экономических зонах Румынии,
разование только 0,25 Tg метана [Reeburgh Болгарии и Турции предшествовали 2D и
Геофизический журнал № 2, Т. 41, 2019 99
В. А. КОРЧИН, О. М. РУСАКОВ 3D сейсмическая разведка МОГТ совре- в водах Черного моря может поддержи- менной аппаратурой и новейшей техноло- ваться только мощной дегазацией зем- гии обработки результатов наблюдений на ных недр. Ее различные механизмы все- мощных компьютерных системах, его ко- сторонне проанализированы в обширных эффициент успешности близок к нулю. Об обзорах [Каракин и др., 2003; Павленкова, этом свидетельствует тот факт, что 10 сква- 1973; Kucherov, Кrayushkin, 2010; Etiope, жин были заглушены из-за непромышлен- Sherwood Lollar, 2013]. Однако в них не рас- ных запасов углеводородов или их отсут- смотрены зоны низких скоростей (ЗНС) в ствия, а оценка перспектив одной из них кристаллической коре в качестве проме- скрыта под покровом коммерческой тайны жуточных коллекторов мантийных угле- [Русаков, Кутас, 2014]. Низкая эффектив- водородов. Физические свойства образцов ность поисков углеводородов в Черном широкого спектра пород этих зон изуче- море обусловлена только тем, что их стра- ны в различных модельных одновремен- тегия базировалась на догматах органиче- но действующих давлениях и температур, ской концепции происхождения метана. соответствующих различным горизонтам Во всех случаях поисково-разведочные земной коры [Корчин, 2013; Корчин и др., работы были традиционно направлены 2013; Korchin, 2017]. на выявление антиклинальных структур, В шельфовой зоне северо-западной где, по мнению сторонников биологиче- части Черного моря методом глубинного ской концепции, должны залегать угле- сейсмического зондирования (ГСЗ) выяв- водороды. Фатальной ошибкой при реше- лены ЗНС на глубинах 6—16 км [Баранова нии о развертывании широкомасштабной и др., 2011]. Их происхождение недоста- поисково-разведочной компании было точно обосновано лишь трещиноватостью игнорирование того фундаментального пород глубинных разломов, так как на ско- факта, что Черное море с момента своего ростных разрезах ГСЗ отсутствуют какие- образования было замкнутым бассейном. либо тектонические нарушения, в которых В таких условиях деятельность бактерий могли бы концентрироваться углеводоро- обусловила интенсивную сульфатредук- ды. Причем не были учтены температуры цию и массивное сероводородное зара- и давления, которые обуславливают обра- жение из-за растворенных в воде сульфа- зование этих ЗНС [Русаков, Корчин, 2015]. тов, в результате чего катастрофически Цель настоящих исследований — разра- уменьшилось содержание органического ботать всеобъемлющий механизм образо- вещества уже на стадии седиментогенеза вания ЗНС как зон разуплотнения горных [Баженова и др., 2003]. К обоснованному пород, пригодных для локализации неорга- выводу о слабой способности майкоп- нического метана в кристаллической коре ской свиты генерировать углеводороды в северо-западной акватории Черного моря. промышленном масштабе в Черном море Для этого использован метод петрофизи- [Русаков, Кутас, 2014] существенно при- ческого термобарического моделирования близилась точка зрения ортодоксальных (ПТБМ) вдоль профилей ГСЗ-25 и ГСЗ-26 сторонников абиогенной концепции. В [Корчин и др., 2013; Korchin, 2017], по- крупной монографии единомышленни- скольку он дает возможность учитывать ков в обобщенном виде она сформули- информацию о скоростных разрезах ГСЗ, рована достаточно четко: «майкопская тектонике, геотермии района исследова- свита и ее эквиваленты не могут быть ний и петрофизики высоких давлений и высококачественной нефтегазоматерин- температур. Основным элементом моде- ской породой в Черном море, как это ча- лирования вещественного состава лито- сто предполагается» [Simmons et al., 2018]. сферы является сопоставление материа- Приведенная информация убедитель- лов ГСЗ с данными экспериментального но свидетельствует о том, что длительная изучения скоростных параметров горных беспрецедентная концентрация метана пород при высоких давлениях и темпера- 100 Геофизический журнал № 2, Т. 41, 2019
ЗОНА РАЗУПЛОТНЕНИЯ ТЕРМОБАРИЧЕСКОГО ТИПА В КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ КОРЕ... турах. Сравнительный анализ геофизиче- геофизических данных. ских наблюдений и лабораторных иссле- Северный фланг Каркинитского про- дований физических параметров горных гиба ограничен эшелоноподобной зоной пород при моделировании оправдан на- разломов, обозначающей южную окраину личием соответствующих критериев по- Восточно-Европейской платформы. Наи- добия для обоих наборов данных [Корчин более заметным тектоническим наруше- и др., 2013; Korchin, 2017]. нием является Одесская зона разлома ман- Материалы и методы. На рис. 1 пред- тийного происхождения, ширина которой ставлена информация для изучения ЗНС составляет около 100 км. Она состоит из исследуемой области [Старостенко и др., второстепенных разломов северо-вос- 2010; Кутас, 2011; Баранова и др., 2012; Коз- тока—юго-запада, которые часто орто- ленко, Козленко, 2014; Stаrostenko et al., гонально смещаются относительно друг 2015; Rusakov, Kutas, 2018], где Каркинит- друга в направлении на юго-восток. ский прогиб и Каламитский вал являются Профиль ГСЗ-25 северо-восточного— основными тектоническими единицами юго-западного направления пересекает Скифской платформы. Разломы разных Каркинитский прогиб (см. рис. 1, 2). На порядков выделены по комплексу геолого- профиле в пределах ПК 320—500 выявле- Рис. 1. Геолого-геофизическая обстановка района исследований северо-западной акватории Черного моря: 1 — контур Каркинитского прогиба; 2 — разломы кристаллической коры; 3 — максимумы тепловых по- токов, мВт/м2; 4 — проекция ЗНС на земную поверхность; 5 — профили ГСЗ; 6 — газовые выходы со дна моря; 7 — диапир; синие линии—изобаты, м [Старостенко и др., 2010; Кутас, 2011; Баранова и др., 2012; Козленко, Козленко, 2014; Stаrostenko et al., 2015; Rusakov, Kutas, 2018]. Геофизический журнал № 2, Т. 41, 2019 101
В. А. КОРЧИН, О. М. РУСАКОВ Рис. 2. Cкоростные разрезы (VP, км/с) вдоль профилей ГСЗ-25 (а) и ГСЗ-26 (б) [Баранова и др., 2011]. ЗНС заштрихованы. Рис. 3. Тепловые потоки и геотермическая модель земной коры вдоль профиля ГСЗ-25 [Кутас, 2011]. 102 Геофизический журнал № 2, Т. 41, 2019
ЗОНА РАЗУПЛОТНЕНИЯ ТЕРМОБАРИЧЕСКОГО ТИПА В КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ КОРЕ... Рис. 4. Сопоставление экспериментальных значений VР=f(PT)=f(H) для различных пород с дан- ными ГСЗ (а) и модели распределения пород с глубиной на пикетах профиля ГСЗ-25 (б): 1 — скорости по данным ГСЗ, VP, км/с; 2 — граниты; 3 — гнейсы; 4 — гранитогнейсы; 5 — диориты; 6 — габбро, габбро-нориты; 7 — пироксениты. Рис. 5. Сейсмический профиль ГСЗ-25, дополненный колонками вещественного состава и зна- чениями температур на различных глубинах: 1 — изолинии скоростей, км/с; 2 — изотермы, °C; 3 — кристаллический фундамент; 4 — граница М; 5 — осадки; 6 — гранитогнейсы; 7 — граниты; 8 — гранодиориты; 9 — диориты; 10 — габброиды. ЗНС заштрихованы серым цветом. Геофизический журнал № 2, Т. 41, 2019 103
В. А. КОРЧИН, О. М. РУСАКОВ
Рис. 6. Фрагмент профиля DOBRE-5 [Starostenko et al., 2015] в районе Каркинитского прогиба (а)
и схема «трубы» дегазации в развитие концепции П. Н. Кропоткина и А. Е. Лукина (б) [Старо-
стенко и др., 2015]: 1 — диапир; 2 — ядро диапира (гравитационное моделирование) [Козленко,
Козленко, 2014]; 3 — зона термобарического разуплотнения; 4 — граница Мохо; 5 — скорости/
плотности; 6 — Одесская зона разломов (а), разломы кристаллической коры и осадочного чехла
(б); 7 — гранитогнейсы; 8 — граниты; 9 — гранодиориты; 10 — диориты; 11 — габброиды; 12 — на-
правление движения флюидов; 13 — месторождения: газа (а) и газоконденсата (б); 14 — указатель
месторождений углеводородов и перспективных структур; 15 — проницаемое тело пониженной
плотности, обусловленное вещественно-структурными преобразованиями, возникшими под
влиянием глубинных флюидов; 16 — тер-
мобарически разуплотненная кристалли-
ческая кора, перспективная зона на ско-
пление углеводородов в кристаллическом
фундаменте; 17 — осадочные породы.
Рис. 7. Связь месторождений углево-
дородов с особенностями глубинного
строения северо-западного шельфа Чер-
ного моря: 1 — разломы кристаллической
коры различного порядка; 2 — граница
Каркинитского прогиба; 3 — труба де-
газации; 4 — проекция ЗНС на земную
поверхность; 5 — выходы газов; 6 — га-
зовые и газоконденсатные месторожде-
ния; 7 — фрагмент древней рифтогенной
структуры.
104 Геофизический журнал № 2, Т. 41, 2019ЗОНА РАЗУПЛОТНЕНИЯ ТЕРМОБАРИЧЕСКОГО ТИПА В КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ КОРЕ... ны ЗНС (скоростью 5,8—6,0 км/с), состоя- температуры достигают 270—300, 440—460, щие из двух отдельных инверсионных 420—450 и 490—520 °С соответственно. Осо- горизонтов. Верхний из них располага- бенности пространственного изменения ется на глубине 6—10 км, а нижний — на температур использованы при петрофи- 14—16 км. Они разделены на глубине 10— зическом моделировании. 14 км межинверсионным слоем со скоро- Район исследований расположен на стью 6,2—6,3 км/с. Подинверсионная часть Скифской плите, непосредственно при- разреза характеризуется монотонным на- мыкающей к юго-западному склону Укра- растанием скорости от 6,3 до 7,2 км/с на инского щита (УЩ), причем на границе подошве коры. Вдоль профиля граница М между ними отсутствует резкое измене- расположена на глубине 39 км. ние скорости и температуры (см. рис. 2, а, Профиль ГСЗ-26 длиной 185 км субши- 3). Отсюда следует, что в структурах разно- ротного простирания пересекает Карки- го возраста и происхождения физические нитский прогиб (см. рис. 1, 2). На профиле свойства пород и их изменения с глубиной (ПК 20—35) закартированы слои ЗНС на близки, о чем ранее было показано экспе- глубине 3—4 км со скоростями 6,0 км/с и риментальными исследованиями пород волновод в районе пересечения с профи- однотипного минерального состава гео- лем ГСЗ 25 на глубинах 4—18 км, со скоро- логических объектов УЩ и рифтогенных стью 5,8—5,9 км/с (см. рис. 1, 2). Зону под- зон [Корчин и др., 2013; Korchin, 2017]. стилают породы со скоростями на верхней Поэтому для ПТБМ была подобрана кол- кромке 6,0—6,1 и 6,3 км/с на подошве. Зона лекция пород из скважин и обнажений инверсии (ПК 135—200), толщина которой южного склона УЩ. Они представлены 4 км, разделена клинообразным слоем со гранитогнейсами, диоритами, габброида- скоростью 6,2—6,3 км/с. Глубина до грани- ми, упругие характеристики которых де- цы М равна 34 км. тально изучены при РТ-условиях опытов ЗНС (горизонты разуплотнения) зем- в программных высокотемпературных ре- ной коры, как показало ПТБМ, прежде жимах юго-западного склона УЩ. всего связаны с геотермической обста- На распределение температуры в зем- новкой на различных глубинах изучаемого ных недрах существенно влияют величина района [Корчин и др., 2013; Korchin, 2017]. мантийного теплового потока, радиоген- Поэтому первым этапом изучения северо- ные источники тепла земной коры, тепло- западного шельфа Черного моря был ана- проводность среды. На изучаемой площа- лиз распределения температуры в коре с ди под действием интенсивного теплового глубиной [Кутас, 1978, 2011]. потока поддерживается высокая темпера- Вдоль профиля ГСЗ-25 изотерма 100 °С тура в верхних горизонтах земной коры. находится на глубине 2—2,5 км (рис. 3). Аномальные мантийные тепловые потоки Наиболее приподнятое ее положение в связаны с геодинамическими процессами, Каркинитском прогибе и его бортах. На сопровождающимися изменением струк- глубине 5 км температура изменяется туры литосферы. Высокие мантийные по- от 100—120 °С на склоне древней плат- токи в Каркинитском прогибе подтверж- формы до 170—180 °С в Каркинитском дают их рифтовую природу и молодой воз- прогибе. На Скифской плите темпера- раст [Кутас, 2011]. В связи с существенно тура 140—160 °С, а в переходной зоне к высокой температурой изучаемого района Западно-Черноморской впадине 150— по сравнению со склоном УЩ на глубинах 160 °С. На глубине 10 км температура на ниже 10 км в зависимости VР,S=f(PT)=f(H) склоне древней платформы повышается были внесены необходимые поправки в до 160—170 °С, в Каркинитском проги- изменения скоростей по данным изобар бе до 270—300 °С, в переходной зоне до и изотерм. При расчете поправок учтено, 230—260 °С и в Западно-Черноморской что для шельфа характерно более низкое впадине до 260—290 °С. На глубине 20 км давление с увеличением глубины, нежели Геофизический журнал № 2, Т. 41, 2019 105
В. А. КОРЧИН, О. М. РУСАКОВ расчетные для моделей УЩ, обусловлен- В этом интервале P и T в кристалличе- ное влиянием значительной толщи осад- ских породах происходит разуплотнение ков. вещества за счет внутренних разноориен- До 8—10 км распределение давлений и тированных напряжений, которые дости- температур с глубиной для склона УЩ и гают в локальных минеральных контак- шельфа Черного моря достаточно близки тах значений, превышающих прочность [Корчин и др., 2013; Кутас, 1978, 2011]. Как отдельных минералов, что приводит к видно из модельных построений (рис. 4), хрупкому на микроуровне разрушению зоны низких скоростей в основном при- среды [Корчин, 2013, 2014; Корчин и др., урочены к горизонтам гранитогнейсов до 2013, 2018]. Возрастает количество маги- глубин 10—12 км. Ниже они расположены стральных микротрещин (разрыхление). в области перехода кислых пород к обра- Одновременно активизируется в межзер- зованиям среднего состава. новом пространстве миграция свободной Породы среднего состава подстилаются жидкости и газа из-за микронарушения габбро-норитами. Ниже 20 км с высокой минералов и межзерновых контактов, раз- вероятностью расположены габброиды, рушая породу и образуя в ней вторичные которые с удалением от склона УЩ заме- поры и каверны. Этот процесс ключевой щают диориты и габбро-нориты (рис. 4, 5). для движения глубинных флюидов через Аналогичная петрофизическая термо- породы в ЗНС в естественных условиях их барическая модель была построена вдоль залегания. В ЗНС наблюдается увеличение профиля ГСЗ-26. пористости на 10—25 % по сравнению со Обсуждение результатов. В кристал- значениями на глубинах 3—5 км [Корчин лической коре породы испытывают сжа- 2013, 2014, Korchin 2017]. тие, разогрев, разного рода структурные, Глубина залегания ЗНС на северо- а иногда и вещественные превращения, западе Черного моря (см. рис. 1, 2, 4, 5) определяемые действием давлений и тем- Н=4÷16 км по РТ-параметрам. Температура ператур, нагрев сопровождает увеличе- выше 250 °С, давление около 2—3 кбар , что ния их объема. Коэффициент объемного дает право уверенно отнести ЗНС шельфа теплового расширения пород: 2·10–6— к термобарическим областям разуплотне- 4·10–4К–1; среднее 3·10–5К–1. При их разо- ния минерального вещества, поскольку греве на 300 °С наблюдаем увеличение оптимальные экспериментальные термо- объема минерального вещества на 1—1,5 % динамические условия зон низких скоро- и соответственное уменьшение плотно- стей на глубинах Н=4÷16 км, Р=1,5÷3 кбар, сти [Корчин и др., 2013, 2018]. Действие Т=150÷350 °С [Корчин и др., 2013]. высокого давления, как правило, приво- С использованием материалов модель- дит к сжатию вещества, величина кото- ных построений и геофизических данных рого определяется сжимаемостью или была выделена площадь на изучаемом коэффициентом всестороннего сжатия. участке северо-запада Черного моря, где в На глубине 5—10 км в коре давление кристаллической коре могут быть располо- (Р=2,5÷3,0 кбар) способно увеличить плот- жены зоны термобарического разуплотне- ность кристаллических пород не более чем ния минерального вещества на глубинах на ~0,5 %. Таким образом, на глубинах от 3 4—16 км (см. рис. 1, 4). Она в основном до 10 км в земной коре будут преобладать приурочена к гранитогнейсам, гранитам термодинамические силы, способствую- и их контактам с диоритами. Эта группа щие развитию локальных высоких микро- пород с приближением к Черноморской напряжений, обуславливающие объемные впадине значительно уменьшается, при разрушения структурной целостности по- этом исчезает ЗНС. род, что приводит к образованию на этих Двухмерное гравитационное модели- глубинах разуплотнения минерального рование показало, что в основании Кар- вещества земной коры. кинитского прогиба лежит шток (диапир) 106 Геофизический журнал № 2, Т. 41, 2019
ЗОНА РАЗУПЛОТНЕНИЯ ТЕРМОБАРИЧЕСКОГО ТИПА В КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ КОРЕ... вулканического происхождения размером моря (см. рис. 1, 6). Здесь есть плюмтек- 32ff40 км (см. рис. 1, 4 и рис. 6, 1, 2) [Коз- тонический объект, труба дегазации (тре- ленко, Козленко, 2014]. Предполагается, щиноватые породы диапира в окружении что этот диапир сформирован многократ- разломов) и обширная область разуплот- ными рифтогенными преобразованиями ненных пород термобарической природы региона и сложен породами повышенной на глубине 6—16 км, которые перекрыты трещиноватости. сверху значительной толщей осадочных По данным обобщения геофизических пород с пониженной проницаемостью, со- наблюдений и результатов ПТБМ построе- храняющих высокую температуру и дав- на комплексная глубинная модель земной ление. Эти зоны могут быть резервуарами коры Каркинитского прогиба (см. рис. 6). абиогенных флюидов в кристаллической На рис. 6, б приведена также схема «тру- коре и природными ловушками мантийной бы» дегазации в развитие концепции дегазации углеводородов [Корчин, 2013]. П. Н. Кропоткина и А. Е. Лукина [Старо- Термобарические зоны разуплотнения по- стенко и др., 2015], дополненная нами раз- род в кристаллической коре, регистрируе- уплотненной областью термобарической мые в виде ЗНС, являются новым элемен- природы. Разуплотнение минерального том в теории труб дегазации и скоплений вещества земной коры способствует ак- углеводородов (УВ). тивному транзиту восходящих и нисходя- Наличие УВ в районе исследований под- щих флюидов, абсорбции и формирова- тверждается существованием около 3200 нию скоплений абиогенных углеводородов выходов метана со дна моря и 8 место- [Павленкова, 1973; Каракин и др., 2003; рождений УВ (рис. 7). В зоне пониженной Kucherov, Krayushkin 2010; Etiope, Sher- плотности возможны энергетически вы- wood Lollar, 2013; Корчин, 2014; Korchin годные процессы массопереноса, мигра- 2017]. Здесь пониженная плотность свя- ции газово-жидких флюидов, в том числе зана также с серией разломов кристалли- углеводородов глубинного происхожде- ческой коры и зоной Одесского мантий- ния или образовавшихся в результате ного разлома (см. рис. 1, 7 и рис. 6, а, б) декрепитации минералов пород в верхах [Старостенко и др., 2010, 2015, Starostenko кристаллической коры под воздействием et al., 2015]. Породы повышенной трещи- газово-жидких включений при термоди- новатости вместе с разломами образуют намических условиях горизонтов ЗНС. миграционные каналы (трубы дегазации) Здесь происходит активная миграция и мантийных флюидов к термобарическим локальное накопление газово-жидких зонам разуплотнения в кристаллической флюидов, в том числе углеводородов, а при коре, образующими промежуточный ре- определенных условиях (высоком давле- зервуар абиогенных углеводородов. нии, декомпрессии) — проникновение их Большинство бассейнов с промыш- в осадочный чехол, где уже по известным ленной нефтегазоносностью на глубинах законам формируются месторождения УВ. 5—10 км и более, имеющих пластовые Зоны термобарического структурного раз- температуры 250—300 °С и высокие давле- уплотнения наиболее доступны для изуче- ния, приурочены к наиболее глубоким па- ния различными геолого-геофизическими леозойским, мезозойским и кайнозойским методами, в том числе глубоким бурением, прогибам, депрессиям, формирующимся что способствует их наиболее детальному над суперплюмами в разуплотненных и перспективному изучению с целью по- массивах пород кристаллического фунда- исков углеводородов. мента [Павленкова, 1973; Чебаненко и др., В результате анализа рис. 6, 7 установ- 2002; Тимурзиев, 2007; Корчин и др., 2013; лены необходимые условия для скопле- Старостенко и др., 2015; Лукин, Шестопа- ния углеводородов абиогенного генезиса лов, 2018]. Именно такая ситуация обнару- в шельфовой зоне северо-западной части жена на северо-западном шельфе Черного Черного моря, доступных к эксплуата- Геофизический журнал № 2, Т. 41, 2019 107
В. А. КОРЧИН, О. М. РУСАКОВ
ции. Ее элементы включают зону разло- кристаллической коры, зон разрыхления
мов (рифтогены), пересечение разломных минерального вещества (ЗНС), простран-
структур мантийного заложения, глубин- ственно связанных с трубой мантийной
ный магматоген (диапир), высокую тем- дегазации в коре, создает благоприятные
пературу, пологозалегающие зоны дизъ- условия для накопления абиогенных угле-
юнктивной дислоцированности метамор- водородов и формирования их месторож-
фических и изверженных пород (ЗНС и дений, пригодных для коммерческой экс-
областей пониженной плотности термоба- плуатации;
рической природы), значительные толщи – ЗНС могут служить в качестве ново-
осадочных пород, перекрывающих ЗНС. го эффективного поискового критерия
Выводы. Предложен новый термоба- разведки углеводородов и объекта суще-
рический механизм формирования слоев ственного расширения углеводородного
высокой проницаемости горных пород в потенциала шельфа с учетом возможности
кристаллической коре шельфа Черного современной технологии бурения.
моря, образующих промежуточный резер- Авторы выражают благодарность про-
вуар скопления глубинных углеводородов; фессору Р. И. Кутасу за ценные советы, ко-
– наличие на шельфе глубинных диа- торые существенно улучшили начальный
пиров, мантийных разломов, нарушений вариант рукописи.
Список литературы
Баженова О. К., Фадеева Н. П, Сент-Жер- Корчин В. А. Термобарическое моделирова-
мес М. Л., Тихомирова Е. Е. Условия осадко- ние аномалий повышенной пористости в
накопления в восточном oкеане Паратетис в горных породах земной коры ― горизон-
олигоцене—раннем миоцене. Вестн. Моск. тов возможной миграции и локализации
ун-та. Сер. Геология. 2003. № 6. С. 12—19. глубинных углеводородов. Электронный
журнал «Глубинная нефть». 2014. Т. 2. № 9.
Баранова Е. П., Егорова Т. П., Омельченко В. Д. С. 1434—1448.
Обнаружение волновода в фундаменте
северо-западного шельфа Чорного моря по Корчин В. А., Буртный П. А., Карнаухова Е. Е.
результатам переинтерпретации материа- Разуплотнение метаморфических пород в
лов ГСЗ профилей 26 и 25. Геофиз. журн. 2011. термодинамических условиях земной ко-
Т. 33. № 6. С. 15—29. https://doi.org/10.24028/ ры (экспериментальные данные). Геофиз.
gzh.0203-3100.v33i6.2011.116790. журн. 2018. 40. № 4. С. 107—130. https://
doi.org/10.24028/gzh.0203-3100.v40i4.2018.
Каракин А. В., Курьянов Ю. А., Павленко- 140612.
ва Н. И. Разломы, трещиноватые зоны и вол-
новоды в верхних слоях земной оболочки. Корчин В. А., Буртный П. А., Коболев В. П.
Москва: Государственный научный центр Термобарическое петрофизическое моде-
Российской Федерации, ВНИИгеосистем, лирование в геофизике. Киев: Наук. думка,
2003, 222 с. 2013, 312 с.
Кутас Р. И. Геотермические разрезы земной
Козленко М. В., Козленко Ю. В. Структура
коры и верхней мантии Черного моря и его
и эволюция верхней части земной коры
северного обрамления. Геофиз. журн. 2011.
северо-западной части шельфа Чорно-
Т. 33. № 6. С. 50—67. https://doi.org/10.24028/
го моря. Геофиз. журн. 2014. Т. 36. № 4.
gzh.0203-3100.v33i6.2011.116792.
С. 65—74. https://doi.org/10.24028/gzh.0203-
3100.v36i4.2014.116025. Кутас Р. И. Поле тепловых потоков и теоре-
тическая модель земной коры. Киев: Наук.
Корчин В. А. Термодинамика коровых зон низ-
думка, 1978, 140 с.
ких сейсмических скоростей (новая науч-
ная гипотеза). Саарбрюккен: LAP Lambert Лукин А. Е., Шестопалов В. М. От новой гео-
Academic Publishing, 2013, 280 с. логической парадигмы к задачам региональ-
108 Геофизический журнал № 2, Т. 41, 2019ЗОНА РАЗУПЛОТНЕНИЯ ТЕРМОБАРИЧЕСКОГО ТИПА В КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ КОРЕ...
ных геолого-геофизических исследований. methane on Earth. Reviews of Geophysics, 51,
Геофиз. журн. 2018. Т. 40. № 4. С. 3—72. 276—299. doi: 10.1002/rog.20011.
https://doi.org/10.24028/gzh.0203-3100.
v40i4.2018.140610. Ivanov, M. K, & Lein, A. Yu. (2006). Fractionation
of stable isotopes of carbon and sulfur dur-
Павленкова Н. И. Волновые поля и модели зем- ing biological processes in the Black Sea. In:
ной коры (континентального типа). Киев: L. N. Neretin (Ed.), Past and present water col-
Наук. думка, 1973, 129 с. umn anoxia (pp. 373—417). Dordrecht: Springer.
https://doi.org/10.1007/1-4020-4297-3_15.
Русаков О. М., Корчин В. А. Происхождение
и локализация абиогенного метана в кри- Korchin, V. Anomalies of low density in the crys-
сталлической коре северо-западной части talline crust of thermobaric origin: a new in-
Черного моря. Материалы Всероссийской sight into migration and localization of hydro-
конференции по глубинному генезису нефти carbons. Monograph 72: Oil and Gas Explo-
«4-е Кудрявцевские чтения». Москва: ЦГЭ, ration: Methods and Application. American
2015, CD-ROM. Geophysical Union, Wiley, 2017, рр. 237—257.
Русаков О. М., Кутас Р. И. Фата моргана био- Kucherov, V. G., & Krayushkin, V. A. (2010).
генной доктрины углеводородов в Чер- Deep-seated abiogenic origin of petroleum:
ном море. Геофиз. журн. 2014. Т. 36. № 2. From geological assessment to physical the-
С. 3—17. https://doi.org/10.24028/gzh.0203- ory. Reviews of Geophysics, 48(1), RG1001.
3100.v36i2.2014.116113. doi:10.1029/2008RG000270.
Cтаростенко В. И., Макаренко И. Б., Руса- Reeburgh, W. S., Ward, B. B., Whalen, S. C., Sand-
ков О. М., Пашкевич И. К., Кутас Р. И., Лего- beck, K. A., Kilpatrick, K. A., & Kerkhof, L. J.
стаева О. В. Геофизические неоднороднос- (1991). Black-sea methane geochemistry.
ти литосферы мегавпадины Черного моря. Deep-Sea Research Part A. Oceanographic Re-
Геофиз. журн. 2010. Т. 32. № 5. С. 3—20. search Papers, 38, S1189—S1210. https://doi.
https://doi.org/10.24028/gzh.0203-3100. org/10.1016/S0198-0149(10)80030-5.
v32i5.2010.117496.
Rusakov, O. M., & Kutas, R. I. (2018). Mantle origin
Старостенко В. И., Лукин А. Е, Русаков О. М., of methane in the Black Sea. Геофиз. журн.,
Пашкевич И. К., Лебедь Т. В. Углеводород- 40(5), 191—207. https://doi.org/10.24028/gzh.
ный сквозьформационный флюидоподво- 0203-3100.v40i5.2018.147482.
дящий канал на северо-западном шельфе
Simmons, M. D., Tari, G. C., & Okay, A. I. (Eds.).
Черного моря по данным трехмерного маг-
(2018). Petroleum Geology of the Black Sea.
нитного моделирования. Геология и полез-
Introduction. Geological Society, London,
ные ископаемые Мирового океана. 2015. № 2.
Special Publication, 464, 1―18. https://doi.
С. 147—158.
org/10.1144/SP464.15.
Тимурзиев А. И. К созданию новой парадигмы
Starostenko, V., Janik, T., Yegorova, T., Farfu-
нефтегазовой геологии на основе глубин-
liak, L., Czuba, W., Środa, P., Thybo, H., Ar-
но—фильтрационной модели нефтегазоо-
temieva, I., Sosson, M., Volfman, Y., Kolo-
бразования и нефтегазонакопления. Гео-
miyets, K., Lysynchuk, D., Omelchenko, V.,
физика. 2007. № 4. С. 49—60.
Gryn, D., Guterch, A., Komminaho, K., Legos-
Чебаненко И. И., Краюшкин В. А., Клочко В. П. taeva, O., Tiira, T., & Tolkunov, A. (2015). Seis-
и др. Нефтегазоперспективные объекты mic model of the crust and upper mantle in
Украины. Нефтегазоносность фундамента the Scythian Platform: the DOBRE-5 profile
осадочных бассейнов. Киев: Наук. думка, across the western Black Sea and the Crimea
2002, 296 с. Peninsula. Geophysical Journal International,
201(1), 406—428. https://doi.org/10.1093/gji/
Etiope, G., & Sherwood Lollar, B. (2013). Abiotic ggv018.
Геофизический журнал № 2, Т. 41, 2019 109В. А. КОРЧИН, О. М. РУСАКОВ
A thermobaric mechanism for the formation of low velocity
zones in the crystalline crust of the northwestern
Black Sea shelf: a new type of traps for abiogenic methane
V. A. Korchin, O. M. Rusakov, 2019
Seismic studies of the NW Black Sea shelf have delineated low-velocity zones (LVZs)
in the crystalline crust at depths of 6—16 km. For the first time, this paper presents a
novel thermodynamic mechanism for their formation. The active temperature regime and
deep geodynamic processes of the region provide evidence in favour of this mechanism.
The LVZs are mainly associated with the thermal decompaction of rocks, which is not
compensated by deep pressures. The rocks of such zones are characterized by an in-
crease in fracturing and porosity and decrease in density, elastic parameters and thermal
conductivity. As the rocks are permeable and hygroscopic they are able to more freely
transform, absorb and localize mantle hydrocarbon-bearing fluids which, in turn, further
destroy rock matter. Within the LVZs the existence of hydrocarbons is confirmed by the
occurrence about 3200 activegas seeps and 8 gas and gas condensate fields. For the first
time, the spatial coexistence was revealed between LVZs and a degassing tube to which
hydrocarbon fields are related.
LVZs zones should be considered as a new search criteria for thermobaric traps. Favou-
rable conditions exist for the accumulation of abiogenic methane at a depth of 6—16 km
that can substantially expand the hydrocarbon potential of the shelf in usage modern
drilling technology.
Key words: NW Black Sea shelf, upper crystalline crust, low velocity zones, petrophysi-
cal thermobaric model, regional abiogenic methane trap.
References
Bazhenova, O. K., Fadeeva, N. P, Saint-Germes, M. L., org/10.24028/gzh.0203-3100.v36i4.2014.116025
&Tikhomirova, E. E. (2003). Sedimentation con- (in Russian).
ditions in the Eastern Paratethis Ocean in the
Oligocene—Early Miocene. Vestnik Moskovsk- Korchin, V. A. (2013). Thermodynamics of crustal
ogo universiteta, Ser. Geologiya, (6), 12—19 (in zones of low seismic velocities (new scientific hy-
Russian). pothesis). Saarbrücken: LAP Lambert Academic
Publishing, 280 p. (in Russian).
Baranova, E. P., Yegorova, T. P., & Omelchenko, V. D.
Korchin, V. А. (2014). Thermobaric modeling of
(2011). Detection of a waveguide in the base-
anomalies of increased porosity in the rocks
ment of the northwestern shelf of the Black Sea
of the Earth’s crust ― horizons of possible mi-
according to the results of reinterpretation of
gration and localization of deep hydrocarbons.
the DSS materials of profiles 26 and 25. Geo-
Electronic magazine «Glubinnaya neft», 2(9),
fizicheskiy zhurnal, 33(6), 15―29. https://doi.
1434―1448 (in Russian).
org/10.24028/gzh.0203-3100.v33i6.2011.116790
(in Russian). Korchin, V. A., Burtny, P. A., & Karnaukhova, E. E.
(2018). Decompaction of metamorphic rocks
Karakin, A. V., Kuryanov, Yu. A., & Pavlenkova, N. I. under thermodynamic conditions of the Earth’s
(2003). Fractures, fractured zones and wave- crust (experimental data). Geofizicheskiy zhur-
guides in the upper layers of the earth envelope. nal, 40(4), 107―130. https://doi.org/10.24028/
Moscow: State Scientific Center of the Russian gzh.0203-3100.v40i4.2018.140612 (in Russian).
Federation, VNIIgeosystem, 222 p. (in Russian).
Korchin, V. А., Burtny, P. А., & Kobolev, V. P. (2013).
Kozlenko, M. V., & Kozlenko, Yu. V. (2014). The Thermobaric petrophysical modeling in geophys-
structure and evolution of lithosphere of the central ics. Kiev: Naukova Dumka, 312 p. (in Russian).
part of the northwestern shelf of the Black Sea. Geo-
fizicheskiy zhurnal, 36(4), 65―74. https://doi. Kutas, R. I. (2011). Geothermal sections of the
110 Геофизический журнал № 2, Т. 41, 2019ЗОНА РАЗУПЛОТНЕНИЯ ТЕРМОБАРИЧЕСКОГО ТИПА В КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ КОРЕ...
Earth’s crust and upper mantle of the Black Sea ko, V. P. (2002). Oil and Gas Perspective Objects
and its northern border. Geofizicheskiy zhur- of Ukraine. Oil and gas basement. Kiev: Naukova
nal, 33(6), 50―67. https://doi.org/10.24028/gzh. Dumka, 296 p. (in Russian).
0203-3100.v33i6.2011.116792 (in Russian).
Etiope, G., & Sherwood Lollar, B. (2013). Abiotic
Kutas, R. I. (1978). Thermal flux field and a theo- methane on Earth. Reviews of Geophysics, 51,
retical model of the Earth’s crust. Kiev: Naukova 276—299. doi: 10.1002/rog.20011.
Dumka, 140 p. (in Russian).
Ivanov, M. K, & Lein, A. Yu. (2006). Fractionation
Lukin, A. Ye., & Shestopalov, V. M. (2018). From of stable isotopes of carbon and sulfur during
new geological paradigm to the problems of biological processes in the Black Sea. In: L. N.
regional geological and geophysical survey. Neretin (Ed.), Past and present water column an-
Geofizicheskiy zhurnal, 40(4), 3―72. https://doi. oxia (pp. 373—417). Dordrecht: Springer. https://
org/10.24028/gzh.0203-3100.v40i4.2018.140610 doi.org/10.1007/1-4020-4297-3_15.
(in Russian).
Korchin, V. Anomalies of low density in the crystal-
Pavlenkova, N. I. (1973). Wave fields and models of line crust of thermobaric origin: a new insight
the Earth’s crust (continental type). Kiev: Nau- into migration and localization of hydrocarbons.
kova Dumka, 129 p. (in Russian). Monograph 72: Oil and Gas Exploration: Meth-
ods and Application. American Geophysical
Rusakov, O. M., & Korchin, V. А. (2015). The ori- Union, Wiley, 2017, рр. 237—257.
gin and localization of abiogenic methane in the
crystalline crust of the northwestern part of the Kucherov, V. G., & Krayushkin, V. A. (2010).
Black Sea. Materials of the All-Russian Confer- Deep-seated abiogenic origin of petroleum:
ence on the Deep Genesis of Oil «4th Kudryavtsev From geological assessment to physical the-
Readings». Moscow: JSC «Central Geophysical ory. Reviews of Geophysics, 48(1), RG1001.
Expedition», CD (in Russian). doi:10.1029/2008RG000270.
Rusakov, O. M., & Kutas, R. I. (2014). Fata mor- Reeburgh, W. S., Ward, B. B., Whalen, S. C., Sand-
gana of biogenic doctrine of hydrocarbons in beck, K. A., Kilpatrick, K. A., & Kerkhof, L. J.
the Black Sea. Geofizicheskiy zhurnal, 36(2), (1991). Black-sea methane geochemistry.
3―17. https://doi.org/10.24028/gzh.0203-3100. Deep-Sea Research Part A. Oceanographic Re-
search Papers, 38, S1189—S1210. https://doi.
v36i2.2014.116113 (in Russian).
org/10.1016/S0198-0149(10)80030-5.
Startostenko, V. I., Makarenko, I. B., Rusakov, O. M.,
Rusakov, O. M., & Kutas, R. I. (2018). Mantle origin
Pashkevich, I. K., Kutas, R. I., & Legostaeva, O. V.
of methane in the Black Sea. Geofizicheskiy zhur-
(2010). Geophysical geterogeneity of the litho-
nal, 40(5), 191—207. https://doi.org/10.24028/
sphere of the megabasin of the Black Sea. Geo-
gzh.0203-3100.v40i5.2018.147482.
fizicheskiy zhurnal, 32(5), 3―20. https://doi.
org/10.24028/gzh.0203-3100.v32i5.2010.117496 Simmons, M. D., Tari, G. C., & Okay, A. I. (Eds.).
(in Russian). (2018). Petroleum Geology of the Black Sea. In-
troduction. Geological Society, London, Special
Starostenko, V. I., Lukin, A. E., Rusakov, O. M., Pash-
Publication, 464, 1―18. https://doi.org/10.1144/
kevich, I. K., & Lebed, T. V. (2015). Hydrocarbon
SP464.15.
through a fluid-carrying channel on the north-
western Black Sea shelf from three dimensional Starostenko, V. Janik, T., Yegorova, T., Farfuliak, L.,
magnetic modelling. Geologiya i poleznyye is- Czuba, W., Środa, P., Thybo, H., Artemieva, I.,
kopayemyye Mirovogo okeana, (2), 147―158 (in Sosson, M., Volfman, Y., Kolomiyets, K., Lysyn-
Russian). chuk, D., Omelchenko, V., Gryn, D., Guterch, A.,
Komminaho, K., Legostaeva, O., Tiira, T., &
Timurziev, A. I. (2007). To the creation of a new para-
Tolkunov, A. (2015). Seismic model of the crust
digm of oil and gas geology based on a deep-
and upper mantle in the Scythian Platform: the
filtration model of oil and gas formation and oil
DOBRE-5 profile across the western Black Sea
and gas accumulation. Geofizika, (4), 49―60 (in
and the Crimea Peninsula. Geophysical Jour-
Russian).
nal International, 201(1), 406—428. https://doi.
Chebanenko, I. I., Krayushkin, V. A., & Kloch- org/10.1093/gji/ggv018.
Геофизический журнал № 2, Т. 41, 2019 111Вы также можете почитать
