Косвенная оценка потока подземного газа с шельфа Чёрного моря

Основываясь на постулате разведочной гидрогеологии, согласно которому углеводороды захватываются и переносятся к местам разгрузки подземными водами, выполнена оценка величины потока подземного газа с шельфа Чёрного моря. Величина дополнительного притока подземных вод определена че...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Veröffentlicht in:	Геология и полезные ископаемые Мирового океана
Datum:	2011
1. Verfasser:	Кравченко, В.Г.
Format:	Artikel
Sprache:	Russisch
Veröffentlicht:	Відділення морської геології та осадочного рудоутворення НАН України 2011
Schlagworte:	Полезные ископаемые
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/44562
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Косвенная оценка потока подземного газа с шельфа Чёрного моря / В.Г. Кравченко // Геология и полезные ископаемые Мирового океана. — 2011. — № 1. — С. 50-65. — Бібліогр.: 22 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

_version_	1860092321246216192
author	Кравченко, В.Г.
author_facet	Кравченко, В.Г.
citation_txt	Косвенная оценка потока подземного газа с шельфа Чёрного моря / В.Г. Кравченко // Геология и полезные ископаемые Мирового океана. — 2011. — № 1. — С. 50-65. — Бібліогр.: 22 назв. — рос.
collection	DSpace DC
container_title	Геология и полезные ископаемые Мирового океана
description	Основываясь на постулате разведочной гидрогеологии, согласно которому углеводороды захватываются и переносятся к местам разгрузки подземными водами, выполнена оценка величины потока подземного газа с шельфа Чёрного моря. Величина дополнительного притока подземных вод определена через дисбаланс минеральной составляющей в верхнем и нижнем течениях пролива Босфор. Интенсивность газовыделения со дна Чёрного моря может быть уточнена прямыми инструментальными измерениями основных параметров. Чёрное море может оказаться уникальным полигоном для исследования газоотдачи шельфа и поступления метана в атмосферу планеты. Ґрунтуючись на постулаті розвідувальної гідрогеології, згідно з яким вуглеводні захоплюються і переносяться до місць розвантаження підземними водами, виконано оцінку величини потоку підземного газу з шельфу Чорного моря. Величину додаткового припливу підземних вод визначено через дисбаланс мінеральної складової у верхньому й нижньому потоках протоки Босфору. Інтенсивність газовиділення з дна Чорного моря може бути уточнена безпосередніми інструментальними вимірюваннями основних параметрів. Чорне море може виявитися унікальним полігоном для дослідження питомої газовіддачі шельфу і надходження метану в атмосферу планети. Based on the postulate of geological surveys, according to which hydrocarbons are taken and carried by underground water to the surface, underground gas flow levels from the Black Sea shelf were estimated. Estimation was performed by analyzing the differential in mineral component between upper and lower currents in the Bosporus Strait. Estimation accuracy could be further clarified by performing direct measurements the main parameters. The Black Sea could serve as a unique test site for research of gas release from the sea shelf and receipt of methane into the atmosphere of the Planet.
first_indexed	2025-12-07T17:23:44Z
format	Article
fulltext	В.Г. КРАВЧЕНКО 50 ISSN 1999�7566. Геология и полезные ископаемые Мирового океана, 2011, №1 УДК 550.82.5 © Кравченко В.Г., 2011 Отделение морской геологии и осадочного рудообразования НАНУ, Киев КОСВЕННАЯ ОЦЕНКА ПОТОКА ПОДЗЕМНОГО ГАЗА С ШЕЛЬФА ЧЁРНОГО МОРЯ Основываясь на постулате разведочной гидрогеологии, согласно кото� рому углеводороды захватываются и переносятся к местам разгрузки под� земными водами, выполнена оценка величины потока подземного газа с шельфа Чёрного моря. Величина дополнительного притока подземных вод определена через дисбаланс минеральной составляющей в верхнем и ниж� нем течениях пролива Босфор. Интенсивность газовыделения со дна Чёр� ного моря может быть уточнена прямыми инструментальными измере� ниями основных параметров. Чёрное море может оказаться уникальным полигоном для исследования газоотдачи шельфа и поступления метана в атмосферу планеты. В Черном море одним из проявлений дегазации недр является донное газовыделение, высокая интенсивность которого наблюдается в северо�за� падном секторе шельфа и у западного побережья. Здесь уже обнаружено около 4000 газовых факелов [1 и др.]. Основным компонентом поступающе� го со дна газа является метан. Длительная и интенсивная газоотдача дна Чёрного моря – звено единого сложного глубинного процесса [1]. В настоя� щее время ведутся планомерные и всесторонние натурные исследования по выявлению грязевых вулканов и газовых факелов, привязка их к геологи� ческим структурам и исследование путей транспортировки подземной воды и газа к местам разгрузки [2]. Как отмечается в работе [3], метан также не� посредственно представляет специфический интерес из�за возрастающей концентрации в атмосфере и влияния на потепление климата. Дополнитель� ных исследований требует определение объёмов поступающего со дна газа и уточнение его количества, попадающего в атмосферу. Потоки газа внешне проявляются в виде стабильных и пульсирующих газовых факелов, сипов, газовых полей. Сипы обнаружены до глубин 400 – 650 м [1]. На больших глубинах выход газа на поверхность дна в виде скон� центрированных потоков перекрыт газогидратами. При глубине до 200 м газовые факелы могут достичь поверхности моря, и часть подземного газа напрямую поступает в атмосферу. Газовый факел представляет собой поток газовых пузырей и увлекаемой ими воды. Кинетической энергии струи воды факела оказывается достаточно, чтобы пробить в летнее время года темпе� ратурный клин у поверхности моря, мощность которого может быть более 10 м. Поступающая из глубин холодная вода фиксируется летом из космоса в виде низкотемпературных пятен на поверхности моря. Постановка задачи. Задача определения объёмов поступления донно� го газа может быть решена двумя путями: суммированием газоотдачи от� дельных секторов дна (прямая задача) и определением газоотдачи всей по� КОСВЕННАЯ ОЦЕНКА ПОТОКА ПОДЗЕМНОГО ГАЗА С ШЕЛЬФА ЧЁРНОГО МОРЯ ISSN 1999�7566. Геология и полезные ископаемые Мирового океана, 2011, №1 51 верхности дна Чёрного моря и распределения её между отдельными секто� рами (обратная задача). Определение газоотдачи дна по секторам с помощью гидроакустического зондирования [4], по форме факела [5, 6] и с помощью фильтрационной модели [7] – достаточно трудоёмкий процесс. При этом не учитываются слабые потоки газа, распределённые по значительным площа� дям. Обратная задача эту проблему решает. Методы, исходные материалы. Определение газоотдачи дна Чёрного моря базируется на постулате разведочной гидрогеологии о том, что углево� дороды захватываются и переносятся к местам разгрузки подземными во� дами [8], которые, как правило, имеют повышенную минерализацию. Это даёт возможность через дисбаланс минеральной составляющей в Чёрном море в результате выноса солей через пролив Босфор, определить объёмы поступающей подземной воды и переносимого ею газа. Решение этой зада� чи упрощается тем, что вынос минеральной компоненты морской воды че� рез пролив Босфор существенно превышает остальные составляющие соле� вого баланса Чёрного моря: поступление солей со стоком рек, в результате водообмена между Чёрным и Азовским морями, уноса с донными осадками и поступления в атмосферу в результате испарения брызг воды. Хотя некоторые данные для определения дисбаланса имеются в мате� риалах [9, 10], однако для их обоснованного использования требуется анализ особенностей гидродинамики и массообмена между верхним и нижним пото� ками пролива Босфор. В работе [9] признаётся незначительный массообмен по минеральной составляющей между верхним и нижним потоками в проли� ве Босфор, приводящий к выносу солей из Чёрного моря. При этом в работе не определена величина дисбаланса по минеральной составляющей, а неста� бильность потоков в проливе, обусловленная ветровым воздействием, затруд� няет ее определение. Следует отметить, что при подготовке работы [9] не было фактического материала о суще� ственных проявлениях постоянно действующего газового вулканиз� ма дна Чёрного моря, который уча� ствует в компенсации уноса мине� ральной составляющей через про� лив Босфор. В качестве базы данных для оценки дисбаланса по минераль� ной составляющей между верх� ним и нижним потоками в проли� ве Босфор использован большой фактический материал с конца Рис. 1. Спутниковый снимок Бос� фора, полученный с международной космической станции в апреле 2004 (стрелкой указано направление цир� куляционного течения в Чёрном море) В.Г. КРАВЧЕНКО 52 ISSN 1999�7566. Геология и полезные ископаемые Мирового океана, 2011, №1 XIX столетия по 60�е годы XX ст. по гидроло� гии пролива, собранный и обобщённый в сборнике ИнБЮМа [9]. Основные геометри� ческие характеристики пролива Босфор представлены на рис. 1 – 3. Как видно из рис. 1, верхний поток, который по расходу в два раза превышает нижний, при входе в Босфор совершает поворот на угол около 3π/4. Русло Босфора изобилует поворотами (рис. 1), и согласно рис. 2 и 3, построенным по данным морской карты [11], характеризуется изменением площади жи� вых сечений верхнего и нижнего потоков S и глубин h. Площади живых се� чений потоков определены для условия штиля и при допущении, что повер� хность раздела потоков представляет собой плоскость. Поверхность разде� ла потоков со стороны Мраморного моря находится на глубине 14 ÷ 20 м, со стороны Чёрного моря на глубине 45 ÷ 50 м [9]. Потоки в проливе Босфор по принятой в гидромеханике классифика� ции относятся к неравномерным и, соответственно, непараллельноструй� ным. Верхнее течение на выходе из пролива в Мраморное море является струйным и отрывным, как видно из рис. 1. Такой же характер имеет ниж� нее течение (при входе в Чёрное море), которое движется вниз по шельфу в виде подводной реки [9]. В связи с этим статическое давление в струе на выходе пролива равно давлению в среде, куда струя поступает. В Чёрном море оно определяется гидростатическим давлением морской воды со сред� негодовой солёностью около 17,7‰. Солёность поверхностных слоёв воды в зоне пролива составляет летом 17,6‰, зимой 17,9‰ [10]. В верхнее тече� ние пролива должны засасываться преимущественно поверхностные воды Чёрного моря, принимая во внимание также наличие встречного нижнего течения. Гидростатическое давление у пролива в Мраморном море опреде� ляется двухслойной структурой воды с солёностью около 23‰ в верхнем Рис. 2. Площади живых сечений S верхнего и ниж� него потоков по длине про� лива Босфор (отсчёт длины L от Чёрного моря по разде� лительной линии судового хода) Рис. 3. Профиль дна пролива Босфор, постро� енный по изобатам и от� меткам глубин на разде� лительной линии судово� го хода; h � глубина (от� счёт длины L от Чёрного моря по разделительной линии судового хода) КОСВЕННАЯ ОЦЕНКА ПОТОКА ПОДЗЕМНОГО ГАЗА С ШЕЛЬФА ЧЁРНОГО МОРЯ ISSN 1999�7566. Геология и полезные ископаемые Мирового океана, 2011, №1 53 слое (диапазон изменения солёности в течение года 22,5–23,5‰) и 37‰ в нижнем [10]. Расход воды через пролив Босфор в течение года претерпевает сезон� ные изменения. Верхнебосфорское течение из Чёрного моря достигает мак� симума летом, а минимум его наблюдается осенью. Интенсивность нижне� босфорского течения в Чёрное море наибольшая осенью и весной, меньше всего – в начале лета [9]. На сезонные изменения расходов, инициируемые стоком рек в Чёрное море, накладываются воздействие ветров и разности атмосферного давления в зоне пролива. На рис. 4 показаны вертикальные разрезы температуры и солёности вдоль пролива Босфор при северо�восточном ветре [9]. Пунктиром на гра� фике нанесено ожидаемое положение поверхности раздела потоков. Изме� нение температуры и солёности в верхнем и нижнем потоках свидетельствует о заметном взаимном перемешивании водных масс потоков при их движе� нии по проливу. Аналогичная, по сути, картина зафиксирована для нагон� ных юго�западных ветров. Северные ветры в течение года дуют в среднем около 60 % времени, состояние штиля наблюдается практически равномерно по году, на него при� ходится 10 %. С июня по октябрь преобладают ветры северного направле� ния с максимумом в августе, достигающим по продолжительности 80%. В Рис. 4. Вертикальные разрезы температуры (А, оС) и солёности (Б, S ‰) вдоль пролива Босфор при сгонных северо�восточных ветрах [9]. Пунктиром показано ожидаемое положение поверхности раздела верхнего и нижнего потоков В.Г. КРАВЧЕНКО 54 ISSN 1999�7566. Геология и полезные ископаемые Мирового океана, 2011, №1 любое время года возможно изменение направления ветра на противополож� ное. Сильные и продолжительные южные и юго�западные ветры изменяют наклон поверхности воды в проливе в обратном направлении. В таких слу� чаях течение по всей толще воды направлено в сторону Черного моря. При сильном и устойчивом северо�восточном ветре прекращение нижнего тече� ния в Босфоре возможно, но на очень непродолжительное время [9]. В це� лом, течения в Босфоре неустановившиеся, медленно изменяющиеся. Та� ким образом, на систематически изменяющиеся сезонные расходы воды в верхнем и нижнем потоках накладываются случайные процессы, обуслов� ленные воздействием ветра и атмосферного давления. Особенности движе� ния воды в проливе Босфор существенно осложняют анализ массообмена между потоками, который можно выполнить только на уровне оценок. При проведении анализа были рассмотрены верхнее и нижнее течения пролива Босфор с позиций технической гидромеханики совместно с массо� обменом между потоками по минеральной составляющей. Концентрация солей в потоках принималась средней по живому сечению. Использование результатов обобщения материалов по гидрологии пролива [9] существенно упростило решение задачи. Движущей силой верхнего и нижнего потоков является разность пол� ных удельных энергий жидкости между обоими концами пролива, опреде� ляемая разностью уровней и плотностью воды в Чёрном и Мраморном мо� рях, а также разностью атмосферного давления в зоне пролива Босфор, со� провождающейся ветрами, вызывающими сгонно�нагонную циркуляцию в проливе. Движению потоков противодействуют потери энергии в местных сопротивлениях, трение о ложе пролива и между потоками, а также вихре� вое взаимодействие между ними. Анализ показал, что основное противодействие движению потоков ока� зывает вихревое взаимодействие между ними. Основной первопричиной вих� ревого обмена являются многочисленные местные сопротивления пролива, а также изменение профиля скоростей потоков в результате ветрового воз� действия и приливных явлений. Вихри из верхнего потока через поверх� ность раздела потоков проникают в нижний, передавая ему своё количество движения и создавая подтормаживающее воздействие. С таким же объём� ным расходом вихри из нижнего потока поступают в верхний. Потери напора от вихревого взаимодействия, например, для нижнего потока на i�ом участке пролива составляют m j âjiíji íji m j âèõðji fwíiâèõði uu S g Q hh 0 0 , где hfwн – потеря напора в нижнем потоке; εi – часть потери напора нижнего потока, приходящаяся на i�й участок, 16 1 2 2 n i íîii íîii fwí âèõðíi íi ul ul h h ; li – протя� КОСВЕННАЯ ОЦЕНКА ПОТОКА ПОДЗЕМНОГО ГАЗА С ШЕЛЬФА ЧЁРНОГО МОРЯ ISSN 1999�7566. Геология и полезные ископаемые Мирового океана, 2011, №1 55 жённость i�ого участка пролива; Qвихрji – объёмный расход вихревого пере� тока через поверхность раздела потоков на i�ом участке в j�ом элементе жи� вого сечения нижнего потока; g – ускорение силы тяжести; Sнji – площадь j� ого элемента живого сечения потока; uнji и uвji – скорости в j�ых элементах живых сечений соответственно нижнего и верхнего потоков; uноi – скорость руслового участка потока; m – количество элементов, на которое разбито i�е живое сечение. При этом результирующий переток через поверхность раздела пото� ков с каждой из сторон равен m j âèõðjiâèõði QQ 0 , а n i i 1 1. Расход выносимой из нижнего потока массы минеральной составляю� щей морской воды равен: iâífwâèõðiâèõði ssQG , где rfw – плотность морской воды; sн и sв – солёность морской воды соответ� ственно в нижнем и верхнем потоках (средняя по живому сечению). Равный по величине массовый поток солей поступает в обратном на� правлении через поверхность раздела из верхнего в нижний поток. В качестве исходных данных использовались геометрия подводной части пролива, положение поверхности раздела потоков, расходы воды в верхнем и нижнем потоках и солёность воды в потоках на входе в пролив. Положение поверхности раздела непосредственно связано с расходом воды в потоках. Указанный в [9] диапазон изменения положения поверхно� сти раздела отражает фактическое влияние сезонных колебаний расходов, ветровых нагрузок, воздействия разности атмосферного давления на кон� цах пролива и приливных процессов. Имеющие место случаи остановки вер� хнего течения под воздействием юго�западных ветров следует рассматри� вать как единичные, не искажающие общей картины. Использование в ана� лизе положения поверхности раздела потоков уменьшает риск ошибки в определении основных параметров – интенсивности переноса минеральной составляющей через поверхность раздела и величины дисбаланса по мине� ральной составляющей в потоках. По материалам [9, 10] средний годовой расход за многолетний период верхнего течения в проливе Босфор из Чёрного моря составляет 340 ÷ 360 км3/год, нижнего из Мраморного моря – 170 ÷ 176 км3/год. На рис. 5 пред� ставлены результаты обработки статистики [9] по взаимосвязи верхнего и нижнего течений для различных времён года и направления ветров. В соот� ветствии с этими данными на кривой, отражающей средние значения сово� купности величин расходов верхнего и нижнего потоков, в качестве расчёт� ной выбрана ближайшая точка, которой соответствуют следующие средне� годовые значения расходов: для верхнего потока ~378 км3/год (Qв = = 12⋅103 м3/с), для нижнего потока ~189 км3/год (Qн = 6⋅103 м3/с). В результате моделирования были получены величины потерь напора в верхнем и нижнем потоках, изменение уровня и солёности воды по длине пролива. Проведенный анализ показал слабое влияние на гидродинамику и В.Г. КРАВЧЕНКО 56 ISSN 1999�7566. Геология и полезные ископаемые Мирового океана, 2011, №1 массообмен между потоками поло� жения по вертикали поверхности раздела потоков в указанном диа� пазоне и изменения кинетической энергии потоков по длине проли� ва. На основании анализа была использована линеаризованная модель гидродинамики и массооб� мена между потоками, устанавли� вающая однозначную связь меж� ду математическими ожиданиями величин расходов и концентраций солей в случайном процессе. Это позволило определить среднегодовой дисбаланс по переносу потоками ми� неральной составляющей морской воды. На рис. 6 на фоне межгодового колебания разности среднегодового уровня воды между пунктами Чёрного и Средиземного морей показан рас� чётный перепад уровней между границами пролива Босфор, который соста� вил 0,21 м. В качестве границ пролива приняты северная граница порта Стамбул и южная граница среднего порта (Стамбул), рис. 1. Длина пролива в этих границах по разделительной линии судового хода составляет 31,7 км. Рис. 5. Связь между расходами верхнего и нижнего течений в проли� ве Босфор вне зависимости от силы и направления ветра и сезонов года [9] Рис. 6. Межгодовые колебания разности среднегодового уровня Чёрного и Среди� земного морей (среднегодовые значения): 1 – Севастополь–Марсель; 2 – Севастополь– Гаулетта (тунисское побережье) и расчётная разность уровней между северным и южным концами пролива Босфор. 1, 2 построены, в том числе, по материалам иссле� дований уровня Чёрного и Средиземного морей Шпиндлером, Мерцем, Иллиотом, Ильгазом и результатам экспедиций на НИС «Thor» и «Гидрограф» [9] КОСВЕННАЯ ОЦЕНКА ПОТОКА ПОДЗЕМНОГО ГАЗА С ШЕЛЬФА ЧЁРНОГО МОРЯ ISSN 1999�7566. Геология и полезные ископаемые Мирового океана, 2011, №1 57 Полученный перепад уровней комплексно учитывает ветровое и атмосферное воздей� ствие и суточные колебания уровня, вызванные приливными явлениями. На рис. 7 представлено расчётное изменение по длине пролива солёнос� ти воды, среднее по живому сечению потоков. Величина солёности на грани� це с Чёрным морем позволяет оценить дисбаланс по минеральной составляю� щей морской воды между верхним и нижним потоками пролива Босфор. Как результат вынос солей из Чёрного моря составляет около 1,1 млрд т/год. Полученные расчётные значения солёности в верхнем потоке на входе в Мраморное море и в нижнем потоке на входе в Чёрное море близки к се� зонным измерениям, приведенным в [9], и осреднённому значению солёно� сти в верхнем потоке на входе в Мраморное море 22,5–23,5‰, упоминаемо� му в [10]. На рис. 8 показано измеренное распределение солёности по живому сечению пролива в 3�х км от границы среднего порта для двух противопо� ложных направлений ветра. Приведенные данные, в целом, согласуются с материалами работы [10] и показывают, что концентрация солей в верхнем потоке не остаётся постоянной и возрастает при приближении к Мраморно� му морю, что свидетельствует о заметном массообмене между нижним и вер� хним потоками. Учитывая преобладание северных ветров, осреднённое зна� чение солёности в верхнем потоке на входе в Мраморное море будет прибли� жаться к 23,5‰. Если принять, что осреднённая по живому сечению и году концентра� ция минеральной составляющей для верхнего потока на входе в Мраморное море вместо 23,0‰ равна 23,5‰, а солёность воды на входе в пролив со� ставляет 17,7‰, то результирующий вынос солей через пролив может дос� тичь 1,7 млрд т/год, а средняя соленость нижнего потока при поступлении в Чёрное море упадёт до 27,4‰. Для уточнения полученных ожидаемых величин дисбаланса по переносу минеральной составляющей морской воды необходим круглогодичный мониторинг солёности и скоростей течений на концах пролива. Полученные ре� зультаты свидетель� Рис. 8. Вертикальное распределение солёности в районе южного порога в декабре 1952 и июне 1953 гг. [9] Рис. 7. Изменение со� лёности по длине пролива по результатам анализа, – относительная длина пролива В.Г. КРАВЧЕНКО 58 ISSN 1999�7566. Геология и полезные ископаемые Мирового океана, 2011, №1 ствуют о том, что процесс массообмена по минеральной составляющей меж� ду нижним и верхним потоками интенсифицируется в результате не только обмена крупномасштабными вихрями от местных сопротивлений, но и до� полнительного перемешивания, вызванного ветровым воздействием и ежед� невными приливами. Ветровое воздействие разного направления занимает более 80% времени. Пролив Босфор условно можно представить в виде про� точной емкости, которая ежедневно покачивается приливами и периодичес� ки встряхивается при смене направления ветра. Как показано в работе [9], турбулентная диффузия через поверхность раздела потоков в процессе мас� сообмена играет незначительную роль. «Нулевой» баланс по минеральной составляющей в Чёрном море дол� жен обеспечиваться равенством оттока солей (через верхний поток проли� ва, вместе с донными осадками) и притока солей (через нижний поток, вме� сте с речным стоком, в результате изменения объёма воды в Чёрном море и поступления с подземными водами). По материалам работы [10] с Азовским морем обеспечивается практически «нулевой» баланс в переносе минераль� ной составляющей. При ориентации на дисбаланс в переносе минеральной составляющей морской воды через пролив в 1,7 млрд т/год вынос солей из Чёрного моря через пролив составит 6,88 млрд т/год, а поступление 5,18 млрд т/год. Средняя абсолютная скорость осадконакопления в Чёрном море за 1000 лет составляет 48,4 г/см2, что в 33 раза больше, чем в океане [12]. При пло� щади поверхности Чёрного моря 422000 км2 количество образующихся осад� ков составляет около 0,2 млрд т/год, причём в продуцировании этой массы будет участвовать и минеральная составляющая. Незначительную часть в минеральном балансе Чёрного моря имеет реч� ной сток. Ионный сток речных бассейнов в Чёрное и Азовское моря состав� ляет 0,03 млрд т/год [13]. На баланс Чёрного моря по минеральной составляющей оказывают вли� яние его емкостные показатели, определяемые объемом водных масс и их солёностью. Рис. 9. Изменение уровня Чёрного моря h [14]: t � время, T � постоянная време� ни. Точками указан возраст, определённый радиоуглеродным методом КОСВЕННАЯ ОЦЕНКА ПОТОКА ПОДЗЕМНОГО ГАЗА С ШЕЛЬФА ЧЁРНОГО МОРЯ ISSN 1999�7566. Геология и полезные ископаемые Мирового океана, 2011, №1 59 Процесс изменения уровня Чёрного моря в настоящую геологическую эпоху не завершился, хотя, судя по материалам [14], находится на заклю� чительной стадии (рис. 9). Изменение (повышение) уровня можно аппрок� симировать экспонентой с наложенной на неё затухающей синусоидой. Эк� спонента характеризуется амплитудой около 110 м и постоянной времени Т = 4500 лет. В настоящее время синусоида имеет амплитуду около 1 м и период 2000 лет. Прирост объёма по экспоненте для t = 4T составляет около 0,2 км3/год, максимальная скорость прироста от гармонической составля� ющей находится на уровне 1,3 км3/год. Зафиксированный в настоящий пе� риод времени прирост уровня моря равен 2÷3 мм/год [14]. Изменение содер� жания солей в Чёрном море можно представить в виде суммы двух слагае� мых: изменения объёма при постоянной солёности и изменения солёности при постоянном объёме. Первая составляющая даст дополнительное увеличение массы солей на 0,03 млрд т/год в связи с приростом объёма Чёрного моря на ~1 км3/год. Величину второй составляющей можно оценить, если допустить, что вся масса солей, вносимых нижним потоком, участвует в повышении солёнос� ти. Это даст прирост солёности в Чёрном море в годичном исчислении на уровне 0,01‰. Тогда поступление солей из глубинного слоя (от 200 м до дна), где нет сезонных изменений гидрологических характеристик, а их пространственное распределение весьма однородно, в поверхностный соста� вит около 0,002 млрд т/год. Полученные величины свидетельствуют о том, что они несравненно малы по сравнению с разбалансом по минеральной со� ставляющей в Чёрном море. Таким образом, для обеспечения баланса по минеральной составляю� щей в Чёрное море должно дополнительно поступать ~1,7 млрд т/год солей, что составляет около 25% от выносимых верхним течением Босфора. Един� ственным источником поступления такого количества солей могут быть толь� ко подземные минерализованные воды. Результаты. Транспортировка углеводородов подземными водами при� нимается за постулат [8]. Для определения количества газа, приносимого подземными водами в Чёрное море при известной величине солевого пото� ка, необходимы данные по минерализации подземных вод и газовому фак� тору (отношению объема газа в свободном состоянии при нормальных усло� виях, содержащегося в подземной воде, к объёму воды). В подземной гидросфере происходят сложные процессы. Поступающие из глубин минерализованные воды, несущие углеводороды, вблизи поверх� ности перемешиваются с инфильтрационными, для которых преобладаю� щей составляющей движения является горизонтальная. Инфильтрацион� ные воды, скорость движения которых существенно выше, чем у вод, посту� пающих с глубин, осуществляют промывку осадочных пород. В связи с этим концентрация солей и углеводородов, как правило, увеличивается с глуби� ной. При этом углеводороды сохраняются только в областях постоянной подпитки, какими являются нефтегазоносные бассейны (НГБ). Северо�западный сектор шельфа Чёрного моря находится в зоне вли� яния Причерноморско�Крымского НГБ, рис. 10 [15]. На северо�восточ� ный участок Чёрного моря выходят отроги Северокавказско�Мангышлак� В.Г. КРАВЧЕНКО 60 ISSN 1999�7566. Геология и полезные ископаемые Мирового океана, 2011, №1 ского НГБ. На востоке расположен Чер� номорский НГБ, на юго�западе – НГБ Ак� чакоча (Турция). Западный (болгарский) участок шельфа также находится в зоне влияния НГБ. В артезианских бассейнах равнинно� го типа солевой состав вод по простиранию отдельных комплексов меняется очень плавно и в незначительных пределах. Для этих бассейнов характерен инфильтраци� онный режим во всех водоносных комп� лексах. Наиболее изучен Днепровско�При� пятский НГБ с крупнейшим Шебелинским месторождением (Днепровско� Донецкий артезианский бассейн). Областью питания является Воронежс� кий свод, откуда пьезометрическая поверхность наклонена к югу и юго�вос� току. Областью частичной разгрузки служит долина Днепра и его левых притоков. Не исключена связь этой водной системы с водной системой При� черноморско�Крымского НГБ. На графиках рис. 11 точками показаны результаты анализа проб на газ и минерализацию подземной воды Шебелинского газового месторожде� ния по материалам ВНИИГаза и УкрНИИГаза [15]. Результаты измерений даны выборочно. Просматривается линейная зависимость газового фактора и концентрации солей в подземной воде от глубины. Тангенсы углов накло� на равны gh ≈ 0,45 м3/м3⋅км и Sh ≈ 111 кг/м3⋅км. Для Причерноморско�Крым� ского и Черноморского НГБ среднее значение газового фактора для оценки запасов газа косвенным методом составляет 0,5 л/л [16]. При мощности пла� Рис. 10. Схема размещения нефтегазонос� ных бассейнов на территории бывшего СССР: 1 � Причерноморско�Крымского, 2 – Днепров� ско�Припятского, 3 �Черноморского, 4 � Севе� ро�Кавказско�Мангышлакского Рис. 11. Изменение по глубине осадков газового фактора g, л/л, (А) и концент� рации солей S, г/л, (Б) в подземных водах Шебелинского газового месторождения. Точками отмечены результаты отбора отдельных проб КОСВЕННАЯ ОЦЕНКА ПОТОКА ПОДЗЕМНОГО ГАЗА С ШЕЛЬФА ЧЁРНОГО МОРЯ ISSN 1999�7566. Геология и полезные ископаемые Мирового океана, 2011, №1 61 стов с инфильтрационным питанием около 3 км характеристики подземных вод по газу НГБ, связанных с Чёрным морем, и Днепровско�Припятского НГБ достаточно близкие. Допуская, что водоносные комплексы, связанные с Чёрным морем, имеют близкие характеристики, для них принято gh≈ 0,45 м3/м3⋅км и Sh ≈ ≈ 111 кг/м3⋅км. Такое допущение при известной величине дисбаланса по минеральной составляющей позволяет определить величину газового по� тока со дна Чёрного моря. Линейная зависимость газового фактора и кон� центрации солей в подземной воде от глубины позволяет однозначно оп� ределить величину потока донного газа. Величина газового потока при этом не зависит от фильтрационных характеристик горизонтов и мощно� сти пластов h h sg S g GQ , где sG – дисбаланс по минеральной составляющей, т/год. Поток донного газа в Чёрное море составляет около 6,9 км3/год без учёта поступления газа от газогидратов в водную среду, что требует допол� нительных исследований. Величину потока подземных вод расчётным путём определить слож� нее. Связано это с тем, что неизвестно распределение потока фильтрующих� ся подземных вод по глубине. Величину расхода подземной воды можно ори� ентировочно оценить при допущении, что известна глубина разлома, а удель� ный расход воды по водоносным пластам разлома одинаковый. Тогда bh s ws HS G Q 2 , где Hb – глубина разлома. При глубине питания через нарушения в целостности осадочных по� род в результате деформаций до Hb = 2 км поток подземной воды составит не менее 15,3 км3/год. Более достоверные величины разгрузки подземной воды могут быть получены при известной минерализации воды в зонах псев� доожижения сипов, которая может быть измерена. Тогда s s ws S G Q , где Ss – концентрация солей в воде зоны псевдоожижения сипа, г/л. Принимая во внимание существующие закономерности вертикальной гидрохимической зональности и минерализации, а также сведения о филь� трационных параметрах водоносных пластов, солевой состав воды сипа по� зволяет определить зону его преимущественного питания. Такие данные дают возможность также оценить с одной стороны глубину зоны сдвиговых деформаций осадочных пород, заполненных обломочным материалом, а так� же ориентировочную суммарную площадь разломов. В.Г. КРАВЧЕНКО 62 ISSN 1999�7566. Геология и полезные ископаемые Мирового океана, 2011, №1 В работе [17] приведены данные о величине стока подземных вод в Ми� ровой океан, который на 1977 г. оценивался величиной 2460 км3/год. Сток был определён комплексным гидролого�гидрогеологическим методом. С по� грешностью в 10% (с занижением) величину стока даёт гидродинамичес� кий метод. При определении стока этим методом значения гидрогеологи� ческих параметров приняты, исходя из конкретных их значений в различ� ных приморских регионах бывшего СССР (отличающихся большим разно� образием): средняя суммарная мощность всех водоносных комплексов, из которых осуществляется сток инфильтрационных вод в моря – 200 м; ак� тивная пористость пород этой зоны – 10%; средняя скорость фильтрации – 0,05 м/сут. Основываясь на этих данных, расход подземных вод на 1 км фронта потока составит 1⋅104 м3/сут. При длине береговой линии 3400 км поверхностный поток инфильтрационных подземных вод в Чёрное море ра� вен 12,4 км3/год. Использование результатов комплексного гидролого�гид� рогеологического метода для Балканского полуострова, к которому относит� ся и юго�западный участок побережья, даёт значение удельного стока 1,2⋅104 м3/км⋅сут [17], т.е величины достаточно близкие. Применительно к после� дним данным поток газа с поверхности дна шельфа равен 0,66 км3/год, по� ступление солей – 0,16⋅109 т/год, что на порядок меньше соответствующих показателей, полученных в целом для Чёрного моря. Полученные результаты свидетельствуют о том, что полная компенса� ция дисбаланса по минеральной составляющей может быть только в резуль� тате притока глубинных вод через зоны нарушений. Вместе с тем, значи� тельный приток подземной воды через сипы требует пересмотра подхода к определению величины стока подземных вод в Мировой океан. Причиной наблюдаемого проявления интенсивного донного газопро� явления в северо�западном и западном секторах является нарушение сплош� ности осадочных пород с плоскостями контакта, измеряемыми сотнями квадратных километров. В работе [18] подробно рассмотрено литолого�тек� тоническое и геологическое строение участков непосредственного выхода газовых факелов. Перемятость, разрывы сплошности, включая трещинова� тость и брекчирование, образование вторичной пористости приводит к по� вышению проницаемости с формированием водоводов для фильтрационных глубинных потоков и разгрузкой их через сипы. На рис. 12 показана харак� терная сейсмограмма профиля донных осад� ков в зоне интенсивно� го донного газовыделе� ния северо�западного сектора со следами на� рушения сплошности Рис. 12. Сейсмограм� ма профиля донных осад� ков на склоне шельфа Чёрного моря в его севе� ро�западном секторе КОСВЕННАЯ ОЦЕНКА ПОТОКА ПОДЗЕМНОГО ГАЗА С ШЕЛЬФА ЧЁРНОГО МОРЯ ISSN 1999�7566. Геология и полезные ископаемые Мирового океана, 2011, №1 63 пород [19]. Учитывая изменение по глубине литостатического давления и принимая во внимание прочность на сжатие осадочных пород, разрывные нарушения, приводящие к увеличению проницаемости, могут простирать� ся вглубь до 4 км. Разгрузка подземной воды с углеводородами через сипы возможна до глубин 600 ÷ 700 м. Глубже разгрузке препятствует слой газогидратов (пре� имущественно метана) в донных осадках. Величина потока донного газа, поступающая в водную среду Чёрного моря (без учёта потока от газогидратов), корреспондируется с оценками, по� лученными сотрудниками Принстонского и Гамбургского университетов [21] при обработке натурных измерений содержания природного радиоуглерод� ного метана (14C–CH4), растворенного в водной толще и поступающего из сипов (5,4 ÷ 8,4 км3/год). Определение интенсивности поступления метана в атмосферу в резуль� тате донного газовыделения в настоящее время возможно только на уровне оценок: прямые методы инструментального определения потока свободно� го газа сипов отсутствуют [3]. Диффузионный поток газа в зонах интенсив� ного донного газовыделения, зафиксированный инструментальными мето� дами [3], составляет незначительную часть от суммарного потока. Поступающий на поверхность дна газ частично остаётся в растворён� ном состоянии (~10%). Из свободного газа, выделившегося с поверхности дна, только 20% поступает в атмосферу от факелов расположенных не глуб� же 200 м [22] и составляющих около 83% всего количества газовых факе� лов [1]. Таким образом в атмосферу Черноморского региона может попасть около 1 км3/год, преимущественно метана. Остальной газ повторно раство� ряется в воде и далее или непосредственно окисляется, или участвует в жиз� недеятельности микроорганизмов. Принимая во внимание соотношение площадей шельфов Мирового океана и Чёрного моря, в атмосферу планеты может попасть до 300 км3/год газа, преимущественно метана. Выводы. 1. В результате крупномасштабного вихревого обмена между потоками в проливе Босфор, обусловленного встречным направлением те� чений, местными сопротивлениями, а также перемешивания вод от ветро� вого воздействия и приливов, разница между массой солей морской воды, уносимой верхним потоком и вносимой нижним в Чёрное море, составляет около 1,7 млрд т/год. Величина дисбаланса может быть уточнена монито� рингом течений на концах пролива. 2. Как показал анализ, дисбаланс по минеральной составляющей вод Чёрного моря в 1,7 млрд т/год может компенсироваться только поступле� нием солей вместе с минерализованными подземными водами. 3. Поскольку подземные водные системы вместе с солями переносят и растворённые углеводороды, это позволяет по дисбалансу минеральной составляющей оценить количество газа, выделяющегося на шельфе в вод� ную среду. 4. Основной причиной интенсивного газовыделения шельфа является нарушение целостности структуры донных осадков в результате деформа� ций, которое создает необходимую по величине поверхность для разгрузки путём фильтрации подземных вод из продуктивных горизонтов. В.Г. КРАВЧЕНКО 64 ISSN 1999�7566. Геология и полезные ископаемые Мирового океана, 2011, №1 5. Дополнительную разгрузку подземных вод в Чёрном море, связан� ную с интенсивным газовыделением, следует ожидать на уровне 15,3 км3/ год, что составляет более половины от поступления инфильтрационных вод. Величина дополнительной разгрузки может быть уточнена измерением кон� центрации солей в воде, поступающей из сипов. 6. Газовыделение шельфа Чёрного моря сосредоточено в основном в се� веро�западном и западном секторах и составляет в целом по морю около 6,9 км3/год. Газоотдача части шельфа, вызванная поверхностными инфильтра� ционными потоками воды, не превышает 10%. Величина газовыделения шельфа может быть уточнена при получении фактических данных распреде� ления по глубине осадочных пород газового фактора и концентрации солей в подземной воде нефтегазоносных бассейнов, окружающих Чёрное море. 7. Принимая во внимание, что геологическая структура шельфа Чёр� ного моря и окружающие водонапорные системы суши не уникальны, это может явиться основанием для учёта дополнительно притока подземных вод в Мировой океан и метана в атмосферу через нарушения целостности оса� дочных пород на шельфах планеты. В таком случае Чёрное море, учитывая его замкнутый характер, может оказаться подходящим полигоном для ком� плексных исследований, связанных с газоотдачей дна. 1. Шнюков Е.Ф., Пасынков А.А., Клещенко С.А. и др. Газовые факелы на дне Чёрно� го моря. � Киев: НАН Украины, ОМГОР ННПМ, 1999. – 132 с. 2. L. Naudts, J. Greinert, Y. Artemov, P. Staelens, J. Poort, P. Van Rensbergen, M. De Batist. Geological and morphological setting of 2778 methane seeps in the Dnepr paleo�delta, northwestern Black Sea. Marine Geology 227 (2006) 177�199. 3. O. Schmale, J. Greinert, G. Rehder. Methane emission from high�intensity marine gas seeps in the Black Sea into the atmosphere // Geophysical Research Letters. – 2005. – vol.32. – L07609. 4. Yu. Artemov. Software support for investigation of natural methane seeps by hydroacoustic method // Морський екологічний журнал. 2006. – №1. – т. V. – С. 57�71. 5. Кравченко В.Г., Кириченко Е.А. К определению газоотдачи сипа по форме под� водного газового факела // Геология и полезные ископаемые Мирового океана. – 2007. – №1. – С. 110�119. 6. Кравченко В.Г. Исследование обобщающих характеристик пузырей подводных газовых факелов // Геология и полезные ископаемые Мирового океана. – 2007, №2. – С. 111�119. 7. Кравченко В.Г. Механизм функционирования подводных газовых факелов Чёр� ного моря // Геология и полезные ископаемые Мирового океана. – 2008, №1. – С. 106�115. 8. Корценштейн В.Н. Методика гидрогеологических исследований нефтегазонос� ных районов. ВНИИ природных газов, издание 2�е – М.: Недра, 1976, 309 с. 9. Балдина Э.П., Богданова А.К., Георгиева Л.В., Добржанская М.А., Киселёва М.И., Ланская Л.А., Лебедева М.Н., Маркианович Е.М., Павлова Е.В. Водообмен че� рез Босфор и его влияние на гидрологию и биологию Чёрного моря. Под ред. Водяницкого В.А. – Киев: Наук. думка, 1969. – 295 стр. 10. Залогин Б.С., Косарев А.Н. Моря (Природа мира – справочное издание) – М.: Мысль, 1999. – 400 стр. 11. Морская карта пролива Босфор. М 1:30000, №36129. – Санкт�Петербург: Глав� ное управление навигации и океанографии, 1992. КОСВЕННАЯ ОЦЕНКА ПОТОКА ПОДЗЕМНОГО ГАЗА С ШЕЛЬФА ЧЁРНОГО МОРЯ ISSN 1999�7566. Геология и полезные ископаемые Мирового океана, 2011, №1 65 12. Бабинец А.Е., Митропольский А.Ю., Ольштынский С.П. Гидрогеологические и геохимические особенности глубоководных отложений Чёрного моря. АН УССР, Институт геологических наук. – Киев: Наук. думка, 1973. – 160 стр. 13. Алёкин О.А., Бражникова Л.В. Сток растворённых веществ с территории СССР. – М.: Наука, 1964. – 112 стр. 14. Коников Е.Г. Фащевский С.М., Педан Г.С. Колебания уровня Чёрного моря в новоэвклене и голоцене как альтернатива гипотезы о катастрофическом пото� пе // Геология и полезные ископаемые Мирового океана – 2009. � №3. – С. 55� 70. 15. Корценштейн В.Н. Водонапорные системы крупнейших газовых и газоконден� сатных месторождений СССР. – М.: Недра, 1977, 247 стр. 16. Корценштейн В.Н. Растворённые газы подземной гидросферы Земли. – М.: Недра, 1984, 230 стр. 17. Джамалов Р.Г., Зекцер И.С., Месхетели А.В. Подземный сток в моря и Мировой океан. – М.: Наука, 1977, 96 с. 18. Занкевич Б.А., Шафранская Н.В. Тектоническая позиция зоны газовых факе� лов северо�западной части Чёрного моря // Геология и полезные ископаемые Мирового океана. – 2009, №3. – С. 35�54. 19. Шнюков Е.Ф., Иванников А.В., Коболев В.П. и др. Геология, геофизика и гидро� графия северо�запада Черного моря / ОМГОР ННПМ НАН Украины. � Киев, 1998. – 186 с. 20. Fike J.G., Weaver A.G. The effect of potential future climate change on the marine hydrate stability zone. Journal of Climate. American Meteorological Society. 2006, v.19, p. 5903 – 5917. 21. Kessler J.D., Reebburg W.S., Souton J. et. al., 2006. Basin�wide estimated of the input of methane from seeps and clathrates to the Black Sea // Earth and Planetary Science Letters. 243, � P. 366�375. 22. ИнБЮМ. Краткие отчеты о важнейших научных достижениях Института био� логии южных морей им. А.О. Ковалевского НАН Украины. Проблема 3.3.3. «Химия океана», 2005 г. Internet. Ґрунтуючись на постулаті розвідувальної гідрогеології, згідно з яким вуглеводні захоплюються і переносяться до місць розвантаження підземними водами, виконано оцінку величини потоку підземного газу з шельфу Чорного моря. Величину додаткового припливу підземних вод визначено через дисбаланс мінеральної складової у верхньому й нижньому потоках протоки Босфору. Інтенсивність газовиділення з дна Чорного моря може бути уточнена безпосередніми інструментальними вимірюваннями основ� них параметрів. Чорне море може виявитися унікальним полігоном для дослідження питомої газовіддачі шельфу і надходження метану в атмосферу планети. Based on the postulate of geological surveys, according to which hydrocarbons are taken and carried by underground water to the surface, underground gas flow levels from the Black Sea shelf were estimated. Estimation was performed by analyzing the differential in mineral component between upper and lower currents in the Bosporus Strait. Estimation accuracy could be further clarified by performing direct measurements the main parameters. The Black Sea could serve as a unique test site for research of gas release from the sea shelf and receipt of methane into the atmosphere of the Planet. Поступила 03.11.2010 р.
id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-44562
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn	1999-7566
language	Russian
last_indexed	2025-12-07T17:23:44Z
publishDate	2011
publisher	Відділення морської геології та осадочного рудоутворення НАН України
record_format	dspace
spelling	Кравченко, В.Г. 2013-06-02T18:24:30Z 2013-06-02T18:24:30Z 2011 Косвенная оценка потока подземного газа с шельфа Чёрного моря / В.Г. Кравченко // Геология и полезные ископаемые Мирового океана. — 2011. — № 1. — С. 50-65. — Бібліогр.: 22 назв. — рос. 1999-7566 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/44562 550.82.5 Основываясь на постулате разведочной гидрогеологии, согласно которому углеводороды захватываются и переносятся к местам разгрузки подземными водами, выполнена оценка величины потока подземного газа с шельфа Чёрного моря. Величина дополнительного притока подземных вод определена через дисбаланс минеральной составляющей в верхнем и нижнем течениях пролива Босфор. Интенсивность газовыделения со дна Чёрного моря может быть уточнена прямыми инструментальными измерениями основных параметров. Чёрное море может оказаться уникальным полигоном для исследования газоотдачи шельфа и поступления метана в атмосферу планеты. Ґрунтуючись на постулаті розвідувальної гідрогеології, згідно з яким вуглеводні захоплюються і переносяться до місць розвантаження підземними водами, виконано оцінку величини потоку підземного газу з шельфу Чорного моря. Величину додаткового припливу підземних вод визначено через дисбаланс мінеральної складової у верхньому й нижньому потоках протоки Босфору. Інтенсивність газовиділення з дна Чорного моря може бути уточнена безпосередніми інструментальними вимірюваннями основних параметрів. Чорне море може виявитися унікальним полігоном для дослідження питомої газовіддачі шельфу і надходження метану в атмосферу планети. Based on the postulate of geological surveys, according to which hydrocarbons are taken and carried by underground water to the surface, underground gas flow levels from the Black Sea shelf were estimated. Estimation was performed by analyzing the differential in mineral component between upper and lower currents in the Bosporus Strait. Estimation accuracy could be further clarified by performing direct measurements the main parameters. The Black Sea could serve as a unique test site for research of gas release from the sea shelf and receipt of methane into the atmosphere of the Planet. ru Відділення морської геології та осадочного рудоутворення НАН України Геология и полезные ископаемые Мирового океана Полезные ископаемые Косвенная оценка потока подземного газа с шельфа Чёрного моря Непряма оцінка потоку підземного газу з шельфу Чорного моря An indirect estimation of underground gas flow on the Black Sea shelf Article published earlier
spellingShingle	Косвенная оценка потока подземного газа с шельфа Чёрного моря Кравченко, В.Г. Полезные ископаемые
title	Косвенная оценка потока подземного газа с шельфа Чёрного моря
title_alt	Непряма оцінка потоку підземного газу з шельфу Чорного моря An indirect estimation of underground gas flow on the Black Sea shelf
title_full	Косвенная оценка потока подземного газа с шельфа Чёрного моря
title_fullStr	Косвенная оценка потока подземного газа с шельфа Чёрного моря
title_full_unstemmed	Косвенная оценка потока подземного газа с шельфа Чёрного моря
title_short	Косвенная оценка потока подземного газа с шельфа Чёрного моря
title_sort	косвенная оценка потока подземного газа с шельфа чёрного моря
topic	Полезные ископаемые
topic_facet	Полезные ископаемые
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/44562
work_keys_str_mv	AT kravčenkovg kosvennaâocenkapotokapodzemnogogazasšelʹfačernogomorâ AT kravčenkovg neprâmaocínkapotokupídzemnogogazuzšelʹfučornogomorâ AT kravčenkovg anindirectestimationofundergroundgasflowontheblackseashelf

Косвенная оценка потока подземного газа с шельфа Чёрного моря

Institution

Ähnliche Einträge