Экспедиционный сезон. На поиски газогидратов – топлива будущего

Газовые гидраты – твёрдые кристаллические соединения (клатраты), образованные молекулами воды и основными компонентами природного газа. Удельная плотность ресурсов метана в залежах газогидратов для отдельных регионов и крупных скоплений не уступает традиционным месторождениям нефти и газа. Газогидраты сегодня – источник газа, который составляет реальную конкуренцию традиционным месторождениям из-за значительных ресурсов, их широкого распространения, неглубокого залегания и концентрированного состояния газа. Однако, несмотря на огромные перспективные запасы природных газогидратов и большое число открытых газогидратных месторождений, их разработка – сложнейшая задача, вызывающая необходимость проведения комплексных научных исследований, чем и занимаются наши и зарубежные учёные.

Международная научная экспедиция в Охотское море (рейс № 70) на научно-исследовательском судне «Академик М.А. Лаврентьев» проходила с 14-го по 30 июня 2015 года. Она была организована отделом геологии и геофизики Федерального государственного бюджетного учреждения науки Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАН при участии Научного центра окружающей среды и энергетических ресурсов Технологического института (г. Китами, Япония), Института полярных исследований (КОПРИ, Республика Корея) и Федерального государственного бюджетного учреждения науки Институт Океанологии им. П.П. Ширшова РАН (г. Москва) для продолжения комплексных геофизических, газогеохимических, геологических, литологических, гидроакустических, батиметрических и гидрологических исследований в рамках международного проекта «САХАЛИН» (Sakhalin Slope Gas Hydrate Project, 2012-2017). Основная цель экспедиции – детальное исследование и опробование верхней части осадочной толщи для поисков газовых гидратов на двух полигонах, где исследования выполнялись в 2012-2014 годах (рейсы LV 59, LV 62, LV 67).

Анатолий Иванович ОБЖИРОВ

Начальник экспедиции доктор геолого-минералогических наук, профессор Анатолий Иванович ОБЖИРОВ, заведующий лабораторией газогеохимии, заведующий отделом геологии и геофизики ТОИ ДВО РАН согласился ответить на наши вопросы, начав с основных задач этой экспедиции:

– Они следующие. Более детально изучить геолого-структурные условия в районах, где были обнаружены газогидраты и потоки пузырей газа (метана) из донных отложений в воду в предыдущих экспедициях. Выполнить комплекс сейсмических, геологических, литологических, газогеохимических, гидроакустических, океанологических, батиметрических исследований в новых районах Татарского пролива с целью: поиска новых районов с потоками метана и газогидратами; изучения морфоструктурных особенностей строения верхней части осадочного разреза и рельефа дна; оценки мощности подводных газовых источников и их временной изменчивости.

На основе полученных данных изучить закономерности геологического развития региона Татарского пролива, сделать оценку количества поступления метана из донных отложений в воду и атмосферу, выяснить влияние этих процессов на состояние и эволюцию гидрохимических, гидрологических, биологических и других характеристик Татарского пролива Японского моря, а также на общее климатическое и экологическое состояние региона.

На юге западного склона Курильской котловины Охотского моря детальнее изучить характер минерализации в районе потока метана F-1, где в экспедиции 2012 года, рейс LV59, был обнаружен самый высокий в Мировом океане поток пузырей метана, который поднимался с глубины 2200 м, достигнув высоты 2100 м. В рейсе LV62 (2013 года), в районе потока пузырей газа (факела) в донных осадках были обнаружены карбонатные корки, баритовые фрагменты и другие минеральные ассоциации.

– Подходит ли научно-исследовательское судно «Академик М.А. Лаврентьев» для решения поставленных задач?

– Перед рейсом НИС было подготовлено к особенностям проведения запланированных работ. На судно были поставлены дополнительные системы GPS для оперативного обеспечения навигационной информацией научных лабораторий. Была создана компьютерная система регистрации и визуального отображения указанной информации в лабораториях и на ходовом мостике, что существенно упростило и повысило точность судовождения при выполнении детальных работ.

Для измерения глубин и детального исследования рельефа дна на полигонах и профилях, для поисков и визуального изучения газовых источников была использована усовершенствованная гидроакустическая система.

Обработка полученных данных производилась на борту судна с помощью компьютерной техники с выдачей результатов в виде таблиц, графиков, карт.

Координированием и измерением глубины обеспечено 100 процентов станций опробования.

А что касается оценки технического состояния и использования в рейсе научно-исследовательского оборудования и приборов, то техническое состояние лебедок и лабораторий хорошее. Научное оборудование, доставленное на борт научным составом экспедиции, находилось в хорошем техническом состоянии и работало без сбоев. Перерывов в исследованиях из-за его поломок не было.

Литологический отряд бережно несёт вкладыш из геологической трубки с керном донных осадков и газогидратов в лабораторию

– Анатолий Иванович, мы уже знаем, что вы были назначены начальником экспедиции. Расскажите о других участниках научного рейса.

– Моим заместителем была Наталья Алексеевна Николаева, научный сотрудник лаборатории седиментологии и стратиграфии ТОИ ДВО РАН. Общая численность научного состава экспедиции – 29 человек, включая 18 сотрудников ТОИ ДВО РАН, одного сотрудника ИО РАН (Москва), семь сотрудников Технологического института (г. Китами, Япония) и три сотрудника Института полярных исследований (КОПРИ, г. Сеул, Корея).

Научный состав экспедиции разделялся на шесть отрядов: отряд газогеохимии, начальник отряда О.Ф. Верещагина (ТОИ); отряд донного опробования, начальник отряда доктор геолого-минералогических наук А.Н. Деркачев (ТОИ); гидроакустический отряд, начальник отряда кандидат физико-математических наук А.С. Саломатин; отряд зондирования СТД, начальник отряда кандидат географических наук В.И. Пономарёв; отряд сейсмического профилирования, начальник отряда кандидат геолого-минералогических наук В.Г. Прокудин; отряд батиметрии, начальник отряда кандидат геолого-минералогических наук Б.В. Баранов. Иностранные участники приписывались к вышеназванным отрядам. Учёным секретарем экспедиции была научный сотрудник лаборатории газогеохимии Н.С. Сырбу.

– Как вам работалось с зарубежными коллегами?

– Научные исследования в рейсе выполнялись в соответствии с план-программой, разработанной совместно со специалистами Технологического института (Япония), институтов КОПРИ (Корея) и ИО РАН (г. Москва). Финансировала экспедицию японская сторона. В период экспедиции проходили ежедневные обсуждения результатов экспедиции и планы продолжения исследований. Для иностранных студентов мною была прочитана лекция «Закономерности формирования потоков метана и газогидратов в Охотском море».

Анатолий Иванович читает лекцию на судне студентам из Японии

Отметим, что плодотворное сотрудничество с вышеперечисленными институтами способствовало открытию газогидратов на западном склоне Курильской котловины Охотского моря и на западном склоне о-ва Сахалин в Татарском проливе.

 Руководитель экспедиции Анатолий Обжиров и соруководитель экспедиции Минами из Технологического института г.Китами, Япония на судне «Академик М.А. Лаврентьев» в лаборатории гидроакустики

– Предусмотренные план-программой исследования выполнены полностью?

– Да. Говоря об объёме выполненных работ, отмечу: за время экспедиции выполнено 500 погонных км (19 профилей) геофизической, 1500 км батиметрической и гидроакустической съёмки. Кроме этого, гидроакустические измерения проводились по маршруту судна. Выполнено 65 пересечений газовых факелов, при этом обнаружено 37 новых факелов. Сделано четыре драгирования, отобраны 23 колонок донных осадков длиной от 20 см до 5 м; в пяти колонках обнаружены газогидраты. Выполнено 17 станций CTD-зондирования на различных горизонтах (от 8 до 12), расположенных от дна до поверхности.

Сейсмические исследования проводились как на отдельных участках полигонов, так и на переходах между ними. Общая длина сейсмической съёмки составила 500 км на 19 профилях. Площадной батиметрической съёмки не производилось, структура поверхности дна определялась по геофизическим и гидроакустическим профилям.

Результаты съёмки значительно улучшили наши представления о рельефе и строении осадочного чехла районов исследований. В экспедиции этого года в рейсе LV70 в районе восточной части Татарского пролива сейсмические профили выполнялись как на уже нами обнаруженных участках активных выходов пузырей метана в воду, так и на новых площадях. В результате выявлены новые структуры и каналы, по которым выходят газы (преимущественно, метан) к поверхности донных осадков и из них в воду, и частично в атмосферу. Вблизи района, где были подняты газогидраты в экспедициях 2012-2014 годов (рейсы LV59, LV62 и LV67), в этой экспедиции также были обнаружены газогидраты. Высокоразрешающие разрезы верхней части осадочного чехла дали возможность обнаружить в пределах полигонов множество сейсмоакустических аномалий, связанных с выделением газа из осадков.

Биота и донные организмы, впервые поднятые со дна драгой в районе выхода пузырей газа и газогидратов

– Расскажите подробнее о гидроакустических исследованиях.

– Как я уже говорил, они производились на всем пути движения судна и более детально в районе структур, отмеченных сейсмикой и благоприятных для поиска газогидратов по другим геологическим характеристикам. Выходы пузырей метана хорошо просматривались на эхограмме в виде конусообразных звукорассеивающих тел.

Важным наблюдением в этом рейсе стало подтверждение изменения активности потоков пузырей метана из донных осадков в воду. Пузыри газа поднимаются вверх в воде и фиксируются в виде вертикальных конусообразных столбов. Исчез самый высокий поток (F-1, высотой более 2100 м) на юге западного склона Курильской котловины. В этом месте в 2014 году видны были только отдельные пузырьки, а в рейсе 2015 они совсем отсутствовали. Напомню, что в 2012 году произошло землетрясение амплитудой более 7 баллов в районе Охотского моря, несколько севернее потока F-1. По нашему мнению, это землетрясение активизировало поток метана. В 2013 году он уменьшился в два раза, в 2014-м почти исчез, а в 2015-м поток газа полностью прекратился. Это подтверждает, что на возникновения потоков пузырей метана и на их объём влияет сейсмо-тектоническая активность региона. Источником метана являются угленосные, нефте-газ-содержащие породы в толще осадков, из которых газ (метан) выходит к поверхности дна, в воду и атмосферу.

Выходы пузырей метана – «факелы» из донных отложений в воду в Татарском проливе Японского моря. «Факелы» обнаружены гидроакустической записью, сделанной А.С. Саломатиным

– Литологические и гидрологические исследования были также успешны?

– Выполнено 23 литологических станции с отбором проб донных осадков, четыре станции драгирования поверхности дна и 17 гидрологических станций с отбором проб воды на разных горизонтах и непрерывным измерением температуры и солёности водной толщи.

В пяти станциях в Татарском проливе обнаружены газогидраты. На станциях LV70-07 и LV70-09 газогидраты отобраны в донных осадках в районе западного склона Сахалина, открытом в 2012 году. В этом же районе открыта новая площадь с газогидратами на станции LV70-11. В этой экспедиции был исследован район западного склона Сахалина на глубине 600 м, где нами были обнаружены потоки пузырей метана из донных отложений в воду. Благодаря исследованиям, в этом районе в донных осадках был обнаружен мощный слой газогидратов. На станции LV70-15 в этом районе гидростатическая трубка была заполнена газогидратами, а на следующей станции LV70-17, расположенной в нескольких километрах от предыдущей, были обнаружены слои газогидратов. Этот газогидратсодержащий район обнаружен впервые в Татарском проливе и является открытием этой экспедиции LV70. По большому объёму обнаруженных газогидратов их можно сравнить с массивными газогидратами во впадине Дерюгина Охотского моря. Этот район Татарского пролива, возможно, является перспективным на поиски нефти и газа.

Боевой отряд литологов, поднимающий пробы донных осадков и газогидраты геологическими трубками и драгами. К ним притулился начальник экспедиции. Слева-направо: Анатолий Обжиров, Виктор Колинчук, Геннадий Крайников, Юрий Василенко и Александр Деркачев

– Что показали газогеохимические измерения?

– На станциях, в донных осадках которых были газогидраты, отмечены очень высокие содержания метана, особенно в придонном слое воды – 50-100 мл/л. На некоторых станциях, несмотря на видимое отсутствие гидратов в брекчированном осадке, концентрация метана также оказалась высокой. В керне донных осадков встретили этан и пропан. Возможно, гидраты также присутствуют в районе станций, но глубже длины трубки (5-6 м).

В результате драгирования в Татарском проливе обнаружены карбонатные конкреции, а в Охотском море, на склоне Курильской котловины встречены брекчированные, более древние осадочные породы, возможно, неогена. Это подтверждает наличие в этом районе грязевого вулкана.

Куски газогидратов в илистых осадках в керне трубки, наполненной газогидратами. Рядом горит газогидрат из керна геологической трубки

– Можно ли, подытожив проведённые исследования, говорить об открытиях?

– Конечно! В экспедиции на НИС «Академик М.А. Лаврентьев» (рейс № 70) получен большой объём новых данных, анализ и интерпретация которых позволит существенно продвинуться по пути решения задач, поставленных проектом «САХАЛИН» по выяснению особенностей рельефа и строения осадочного чехла районов исследований, а также условий формирования и разложения газогидратов.

В экспедиции сделано открытие – обнаружен новый газогидратный район на глубине 600 м на Сахалинском западном склоне Татарского пролива!

Горит метан, который выделяется из газогидрата в лабораторных условиях. Газогидрат отобран на впервые открытом районе в Татарском проливе на глубине 600 м

Должен отметить, что экипаж и научный состав экспедиции работали слаженно и результативно, при полном взаимопонимании. От имени учёных хочу поблагодарить капитана судна В.Б. Птушкина и экипаж за помощь в успешном выполнении запланированных в экспедиции исследований. Спасибо УНИФ ДВО РАН за содействие в решении вопросов организации экспедиции!

– Анатолий Иванович, может быть, я не спросила вас о чём-то, и вы бы хотели добавить о своих впечатлениях от прошедшей экспедиции?

– Быть может, добавлю немного лирики. Отмечу, что в этой экспедиции был хороший климат и дружеские отношения экипажа и «науки». Экипаж интересовался нашими исследованиями, и когда мы доставали газогидраты, приходили смотреть и радовались вместе с нами. Обычно из трубок, где были газогидраты, по судну разносился запах сероводорда, и экипаж, и «наука», отмечая, что у нас успешная станции, поздравляли. Научный коллектив тоже с пониманием относился к некоторым сбоям в конце рейса к механизму управления судна, и вместе находили пути продолжения экспедиционных исследований.

По окончании экспедиции провели вечерний праздник, где я кратко рассказал о наших исследованиях и о том, что нового мы получили в этой экспедиции. Выступили наши иностранные коллеги – Минами – соруководитель экспедиции от Японии и Янг – соруководитель от Кореи. Они отметили, что экспедиция прошла успешно.

Благодарили капитана, экипаж и, отдельно, кухню. Наши повара так вкусно готовили, что невозможно было отказаться, и, как результат, подрастали животы. Я в своей приветственной речи отметил, что с такими поварами мы не сможем быстро двигаться и работать, на что они резонно ответили – без нас вы бы не сделали свои открытия. Все согласились. Как всегда в конце вечера был дан небольшой концерт, где я играл на мандолине, а Хачикубо – на флейте. Играли и русские, и японские мелодии и, конечно, вместе нашу – «интернациональную» песню – «Катюшу». И опять, как всегда, молодёжь организовала танцы…

Мы стали одной семьей, и это помогло получить хорошие результаты исследований в экспедиции!

А.И. Обжиров и японский коллега Хачикуба исполняют «Катюшу» с на небольшом концерте после завершения экспедиции и открытия нового района с газогидратами в Татарском проливе

– А я пожелаю вам успехов в детальном изучении результатов научного 70-го рейса в Охотское море, новых научных открытий в изучении газогидратов!

Судя по результатам проводимых исследований, опытно-промышленное освоение газогидратных залежей в скором времени станет рентабельным. Начало промышленной разработки газогидратных месторождений приведёт к коренным изменениям на рынке природного газа и энергетическом рынке в целом (газ уже сейчас занимает более четверти в мировом энергопотреблении). Страны – перспективные крупные покупатели для традиционных поставщиков газа, на которые нацелены долгосрочные контракты, могут быстро превратиться в энергетически самодостаточные государства, выступая в качестве конкурентов существующим производителям.

В настоящее время во многих странах мира изучению гидратов уделяется большое внимание. В некоторых из них (США, Япония, Канада, Индия, Китай, Южная Корея, Норвегия, Тайвань) существуют государственные программы по исследованию свойств гидратов и созданию методов добычи газа из газогидратных залежей. Переход на этот источник энергии способен многое дать и нашей стране. И здесь речь идёт как о лидерстве в области инноваций и освоении новых, ранее неизведанных, технологий, так и о практической значимости использования газовых гидратов для всех сфер жизнедеятельности.