Состав и происхождение углеводородных флюидов в грязевых вулканах залива Кадис

Введение.

Очаги разгрузки фокусированных углеводородных (УВ) потоков или холодные сипы на континентальных окраинах представляют собой одно из наиболее интересных геологических явлений, которое привлекает внимание многих исследователей. С действием этих потоков связаны многочисленные геофизические аномалии в верхних частях осадочного разреза, обширные поля приповерхностного залегания газовых гидратов, образование специфических аутигенных минералов, хемосинтетические сообщества донных микро- и макроорганизмов и многие другие явления.

Одним из морфологических проявлений фокусированной разгрузки УВ флюидов является грязевой вулканизм. Продукты извержения грязевых вулканов, грязевулканические брекчии, служат основой для расшифровки строения осадочного разреза, недоступного для непосредственных геологических наблюдений особенно в океане. Помимо этого, на поверхность выносится большое количество флюидов (в первую очередь газ и вода), по составу которых можно выделить основной их источник и судить о наличии нефте- газоматеринских толщ и перспективности региона в целом.

Изучение процессов грязевого вулканизма исключительно важно для прогнозирования и поисков месторождений различных полезных ископаемых, в первую очередь нефти и газа. Известно, что многие крупные нефтегазоносные бассейны характеризуются широким развитием грязевого вулканизма и связь их с вулканами не только пространственная, но и генетическая [Губкин, Федоров, 1938; Шнюков и др., 1992; Якубов и др., 1971].

Комплексное исследование УВ флюида и связанных с ним явлений позволяет пролить свет на возможные залежи УВ, пути и способы миграции флюидов, выделить потенциальные нефте-газопроизводящие горизонты, проследить историю флюидоразгрузки в регионе, оценить ее значимость в глобальном цикле углерода, влияние на климатические флуктуации и многое другое.

Актуальность работы заключается в том, что она фактически предваряет этап нефтегазопоисковых работ в заливе Кадис (северо-восточная часть Атлантики) и уже сейчас позволяет дать некоторые характеристики нефтяной системы этого глубоководного бассейна.

Целью настоящей работы было всестороннее изучение УВ флюидов из грязевых вулканов в заливе Кадис и связанных с ними процессов в осадочном разрезе. Район расположен между Африканским и Евроазиатским континентами к западу от Гибралтарского пролива. С 1999 года, с открытием грязевых вулканов в акватории, залив Кадис известен как область активного развития грязевого вулканизма. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1) изучение состава и свойств продуктов флюидопереноса, включая газы, газовые гидраты, поровые воды;
2) изучение состава современных и древних диагенетических минералообразований и их взаимосвязей с разгрузкой УВ флюидов;
3) изучение состава обломков глинистых пород из грязевулканической брекчии различных вулканов, их сравнение и выделение перспективных нефтегазоматеринских горизонтов;
4) сравнение состава УВ флюидов из различных грязевулканических структур, выделение относительно активных и пассивных зон разгрузки, основных геохимических критериев активности грязевых вулканов;
5) выявление древних и современных районов разгрузки УВ флюидов с разработкой возможной модели формирования и эволюции грязевого вулканизма и глиняного диапиризма.

Научная новизна и практическое значение. На основе проведенного всестороннего анализа материалов, собранных в морских экспедициях, впервые получены результаты по составу флюида различных грязевых вулканов залива Кадис, возможных его источниках и эволюции флюидной разгрузки в регионе.

Практическая ценность проведенных исследований заключается в выявлении в грязевулканической брекчии и окружающих осадках характерных признаков присутствия углеводородов, которые в сочетании с данными сейсмического профилирования могут быть использованы при планировании поисково-разведочных работ на нефть и газ в этом районе.

Защищаемые положения.

1) Анализ состава УВ флюидов позволяет выявить в заливе Кадис три основных района разгрузки флюидов: относительно мелководную восточную зону, центральную и глубоководную западную зону.

2) Состав УВ газа указывает на потенциальные нефтематеринские горизонты, находящиеся в настоящий момент в главной зоне нефтегенерации (ГЗН) и позволяет предположить наличие, по крайней мере, двух различных генерирующи толщ.

3) УВ газы образовались преимущественно из незрелого органического вещества в верхней зоне "нефтяного окна".

4) Основная часть глинистых обломков, выносимых на поверхность, не прошла стадию температурной трансформации глинистых минералов и содержит незрелое органическое вещество. Наряду с этим, выделен тип глин, который прошел стадию катагенетической дегидратации и может являться одним из источников УВ флюидов.

5) Древние аутигенные карбонаты, обнаруженные на дне залива Кадис связаны с разгрузкой УВ флюидов и свидетельствуют о нескольких стадиях флюидной активизации района. Обширные поля аутигенных карбонатов указывают на значительные масштабы этого явления в геологическом прошлом и огромный выход УВ в водную среду бассейна.

Фактический материал и личный вклад. В основу диссертации были положены материалы, полученные в ходе международных геолого-геофизических экспедиций на российском НИС <Профессор Логачев>, которые проводились в рамках программы ЮНЕСКО/МГУ <Обучение через исследования> (<Плавучий Университет>) 2000-2006 гг. В сборе всех изученных образцов в морских геологических экспедициях автор принимал непосредственное участие. Всего по заливу Кадис изучено более 350 образцов газа и 150 образцов поровой воды, кроме того, около 50 образцов аутигенных карбонатообразований и более 100 образцов грязевулканической брекчии.

Апробация работы. Результаты исследований и различные аспекты работы неоднократно докладывались на научных семинарах и заседаниях кафедры геологии и геохимии горючих ископаемых геологического факультета Московского университета и Центра ЮНЕСКО/МГУ по морской геологии и геофизике при геологическом фак-те МГУ. Опубликовано 7 статей в реферируемых журналах (Geo-Marine Letters, 2003; Science Reports, 2004; Marine Geology, 2005,2006; Вестник МГУ, 2006; Marine and Petroleum Geology, 2006). Результаты доложены на следующих международных семинарах, конференциях и конгрессах: 23 доклада на шести международных конференциях по программе ЮНЕСКО "Обучение через исследования" (Россия, Москва, 2001 и 2006; Португалия, Авейро, 2002; Италия, Болонья, 2003; Дания, Копенгаген, 2004; Марокко, Марракеш, 2005); 17 тезисов на международных конференциях ("Margins Meeting", Киль, Германия, 2001; "European Union of Geosciences XI" Страсбург, Франция, 2001; "Gas hydrate in Geosystem" Киль, Германия, 2002; "Climatic Drivers on the North", Киль, Германия, 2002; "Дегазация Земли", Москва, Россия, 2002, 2006; EGS-AGU-EUG Joint Assembly, Ницца, Франция, 2003, 2004 и Вена, Австрия, 2005; AGU, Сан Франциско, США, 2003; "International workshop on Methane in sediments and water column of the Black Sea", Севастополь, Украина, 2005; "Новые идеи в геологии и геохимии нефти и газа", Москва, Россия; ECI, Science & Technology Issues in Methane Hydrate, Гаваи, США, 2006).

Благодарности. Автор выражает глубокую признательность своему научному руководителю заведующему кафедрой геологии и геохимии горючих ископаемых и директору Центра ЮНЕСКО/МГУ по морской геологии и геофизике при геологическом факультете МГУ профессору М.К. Иванову за его постоянную опеку и советы на всех этапах проведения исследований и подготовки диссертации. Автор искренне благодарен доценту А.Н. Гусевой за ее критические, исключительно доброжелательные и полезные замечания. Необходимо отметить большую помощь научного сотрудника А.Н. Стадницкой и профессора Чирда ван Веринга Нидерландского Института Морских Исследований (NIOZ, Texel). Отдельную благодарность автор выражает ст. научному сотруднику В.Г. Шлыкову за огромную работу, проделанную по рентгенофазовому анализу глинистых и карбонатных образцов и помощь в их интерпретации. Огромная благодарность зав. лабораторией геологии газовых гидратов ВНИИОкеангеология (С-Петербург) В.А. Соловьеву, а также Л.Л. Мазуренко за определение состава поровых вод, помощь в интерпретации результатов и моральную поддержку. Автор искренне благодарит зам. зав. лаборатории геохимии углерода Института Геохимии и Аналитической Химии им. В.И. Вернадского (РАН) В.С. Севастьянова за дружескую поддержку и неоценимую помощь в измерении стабильных изотопов углерода. Автор выражает глубокую признательность профессору Г.А. Борману за возможность изучать аутигенное минералообразование в Бременском Университете (Бремен, Германия). Также автор благодарит профессора Й. Пекмана, М. Елвента, К.-У. Хинрихса и Х. Залена за обучение и помощь в освоении новых методик. Данная работа не могла быть выполнена без дружеской поддержки сотрудников кафедры геологии и геохимии горючих ископаемых и моих коллег из Центра ЮНЕСКО/МГУ Е.В. Козловой, Г.Г. Ахманова, А.Л. Волконской, А.М. Ахметжанова и многих других. Всем им автор выражает свою искреннюю признательность.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из 169 стр. текста, подразделена на введение, 6 глав, заключение и приложения, содержит 90 рисунков и 4 таблицы. Список литературы содержит 181 наименований.