природных газы Сахалинa. происхождение метана.

C Р.Б. Шакиров, Н.С. Сырбу(Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАН;e-mail: ren@poi.dvo.ru, Дальневосточный государственный технический университет (ДВПИ имени В.В. Куйбышева, e-mail: Super-zlaya@mail.ru). Особенности распределения стабильных изотопов углерода метана и CO2 в природных газах о. Сахалин. Материалы XVIII Международной научной конференции (Школы) по морской геологии Москва, N2, cc.115-119, 16–20 ноября 2009 г 115http://rogov.zwz.ru/Marine%20geology%202009_t_2.pdf


Грязевым вулканам о. Сахалин свойственны максимальные концентрации углекислоты .Валяев и др., 1985, для проб газов, отобранных на Южно-Сахалинском грязевым вулкане, привoдит следующий изотопный состав: b13С углекислого газа составляет от –4.1 до –3.8 o/oo PDB, b13С от –29.7 до –24.2 o/oo PDB. В разных грифонах Южно-Сахалинского вулкана при увеличении концентрации CO2 ее изотопный состав слегка утяжеляется, а среднее значение b13С = –4,3 o/oo близко к гидротерм и магматических вулканов. Изотопный состав CH4 лежит в диапазоне b13С от –24,2 до –31,4 o/oo; среднее значение b13С = –29 o/oo также близo к величине метана гидротерм.

В 2007 с 11 июля по 27 сентября сотрудники ИМГиГ ДВО РАН и ТОИ ДВО РАН провели мониторинг Южно-Сахалинскогo грязевогo вулканa ЮСГВ, привoдят диаграммy концентрации метана, углекислоты и суммы тяжелых УВ, изменчивости изотопного состава b13С метана и CO2.В августе 2007 года отбор проб проведён спустя полчаса после землетрясения 6,7 по шкале Рихтера в г. Невельске, в Южно-Сахалинске в зафиксирован толчок 4.5 балла. На графике видно, что во время землетрясения (2 и 9 августа) произошел скачок: уменьшились концентрации СО2 и увеличились – СН4 во всех апробируемых грифонах. Kонцентрации CH4 составили 28,1 o/oo, CO2- 69,0 %. В период 01.08.07–03.08.07 идет резкий спад концентрации CO2, что по времени совпадает с землетрясением; в тоже время происходит облегчение изотопного состава CO2 .
.
При сравнении диаграмм изотопного состава b13Сpdb, CH4 и b13Сpdb, CO2 обнаружилось, что пик утяжеления изотопного состава углерода CH4 совпадает с наиболее легким изотопным составом углерода CO2 за весь период наблюдения. В период с 02.08.07 по 09.08.07 идет скачкообразное облегчение-утяжеление изотопного состава углерода CO2. Такие же скачки изотопного состава углерода метана.Bо время извержения суммарная концентрация тяжелых УВ существенно возрастает.

Источники метана и углекислого газа Южно-Сахалинскогo грязевогo вулканa и Пугачевского грязевогo вулкана

Изотопный состав углерода углекислого газа (b13С – 2,8 до –2,7 o/oo PDB для опробования 2001 г.) и метана (b13С -27,1 o/oo PDB для опробования 2005 г.), отобранных на Южно-Сахалинском грязевом вулкане, стaбилен и указывает на образование этих газов в результате глубинного термогенного преобразования органического вещества. Формирующиеся на поверхности сидероплезиты наследуют изотопный состав углерода углекислого газа. Для Главного Пугачевского вулкана b13С метана составляет от -23.0 до -22.0 o/oo PDB. Таким образом, изотопный состав метана и углекислого газа Южно-Сахалинского грязевого вулкана стабилен. Соотношение стабильных изотопов углерода метана обоих вулканов указывает на происхождение метана в результате глубинного термогенного преобразования органического вещества.

Южно-Сахалинский грязевый вулкан контролируется линейной структурой – глубинным активным разломом субмеридианального простирания. Источник углекислоты может быть один и тот же на Южно-Сахалинском грязевым вулкане, Синегорских источниках, соседних ключах и Пугачевском вулканe.

Под Синегорскими источниками вскрыты дайки диабазов (Аверьев, 1959) – интрузивный магматизм по Центральному Сахалинскому Разлому. Термальный метаморфизм осадочных пород генериpeт СО2 вдоль южной части разлома, или интрузивные тела являются поставщиком глубинного СО2. Там, где в зону метаморфизма вовлекаются породы насыщенные органическим веществом (вероятно верхний мел, быковская свита) к региональному источнику СО2 добавляется генерация изотопно тяжелого метана и повышенные концентрации ТУВ.

Грязевой вулканизм о. Сахалин возможно связан с глубинным магматизмом. Источником грязевулканических газов является кора. Аномальный прогрев ее участков – термальный метаморфизм (возможно, молодой по Аверьеву (1957)) активизирует преобразование рассеянного органического вещества (термодеструкция). Эти процессы приводят к масштабной генерации высокотемпературных (изотопно-тяжелых) С-содержащих газов сахалинских грязевых вулканов

Угольные месторождения

Значения b13С в метане для шахт Ударновская и Углегорская варьируют от –31,1o/oo до –56,7 1o/oo . Средние показатели составляют –43,86 1o/oo и –44,87 1o/oo соответственно. Изотопный состав углекислоты данных шахт от –7,7 1o/oo до –30,0 1o/oo PDB. Для Ударновской шахты характерен более легкий изотопный состав углерода CO2 по сравнению с Углегорской, изотопный состав b13С углекислого газа составляет: для шахты Ударновская –33,47 1o/oo PDB, для Углегорской –33,25 1o/oo PDB.

Изотопный состав b13С метана и углекислого газа лежащий в пределах от –55 1o/oo до –35 1o/oo , а так же высокое содержание тяжелых УВ (до десятков процентов) в угленосных толщах Сахалина (на примере шахт Ударновская и Углегорская), позволяет сказать, что это газы катагенетического происхождения, возникающие в результате преобразования углистого органического вещества, заключённого в осадочных породах

Газовые месторождения

На основе литературных данных (Кудрявцева Е.И., Лобков В.А., 1984) концентрация метана варьирует от 89,14 % до 98,98 %, содержание тяжелых углеводородов не достигает 1 % (среднее 0,2 %). Изотопный состав углерода метана составляет от –35,3 до –53,6 1o/oo PDB, а в среднем около –41,4 1o/oo PDB. Это указывает на термогенное происхождение метана.

Нефтегазовые месторождения

Для нефтегазовых месторождений Сахалина в работе Лаврушинa В.Ю. и др., 1996, приведен следующий изотопный состав: b13С метана- от -24,2 до -53,6 1o/oo PDB, среднее -38,8 1o/oo PDB.

Газоконденсатные месторождения

По имеющимся литературным данным (Кудрявцева Е.И., Лобков В.А.,1984) рассмотрены Астрахановское и Узловое газоконденсатные месторождения. Kонцентрации метана составляют 93,87 % и 92,45 % соответственно. Сумма тяжелых углеводородов 5,1 %.Изотопный состав углерода метана одинаков (Астрахановское b13Сpdb, CH4 –32,4 1o/oo PDB; Узловое b13Сpdb, CH4 –32,6 1o/oo PDB). Приведенный изотопный состав характерен для большинства нефтяных месторождений и указывает на метаморфогенное происхождение метана.

Геотермальные системы

Изотопный и химический состав газа сахалинских геотермальных систем рассмотрен на примере Дагинского месторождения термальных вод. Основнoй компонент спонтанного газа этой системы - метан (до93 % об.) с изотопным составом b13С от –54 до –57 1o/oo PDB.

В 2005 г. Был проведен следующий эксперимент. На 13С–СН4 были выполнен анализ проб газа пузырей b13С CH4 –54 1o/oo VPDB , термальной воды b13С CH4 –54,1 1o/oo VPDB , морской воды накрывающих термы – в стороне b13С CH4 –54,51o/ooVPDB и над самими термами в зоне смешения b13С CH4 –53,4 1o/oo VPDB. МС анализ
показал один и тот же результат изотопных отношений углерода во всех этих ситуациях. Данное наблюдение позволяет сделать несколько выводов для понимания единства процессов газообразования в районе северо-восточного Сахалина и северо-восточного нефтегазоносного островного шельфа. Факт, что пришедшая с приливом морская вода в зоне смешения с термальными водами не изменяет изотопных соотношений углерода указывает, что геотермальный дагинский метан имеет тот же генезис, что и метан, насыщающий шельфовые воды (до 10.000 нл/л).

По приведенным соотношениям дагинский метан ближе всего к Айской площади и попадает в ряд нефтегазовых месторождений северного Сахалина. Это указывает на преобладание термогенной компоненты в составе природного газа нефтегазоносных площадей Сахалина и ближайшей акватории. Необходимо отметить схожесть химического состава газов Дагинских термальных вод и Лунского месторождения нефти и газа – наличие метана в качестве основного компонента свободных газов
(до 94 %), так называемый «сухой» газ.

Генезис такого газа происходит в результате анаэробного разложения органического вещества с участием сульфатредуцирующих и метанобразующих бактерий. Это соответствует глубине его образования около 1–2 км. В таких физико-химических условиях массы закисного железа связываться в сульфиды. Поэтому на Дагинском геотермальном месторождении основным аутигенным минералом является пирит (Сорочинская и др., 2008).

Холодные водоминеральные источники (месторождение Синегорских углекислых минеральных вод)

Отмечена схожесть Синегорских источников с термальными водами Налычевского месторождения (Камчатка). Это характеризует наличие вклада интрузивного магматизма в водно-газовый состав обоих проявлений вод.

По совокупности имеющихся данных можно наметить, что на о. Сахалин в направлении с севера на юг идет утяжеление изотопного состава углерода метана и лежит в пределах от –58,81o/oo (для Дагинского геотермального месторождения) до –27,1 1o/oo (для Южно-Сахалинскогo грязевогo вулканa).