Description:

"Marine gas hydrate electromagnetic signatures in Cascadia and their correlation with seismic blank zones Электромагнитные исследования морских газогидратов в Каскадии и их связь с зонами сейсмической тени Katrin Schwalenberg1, Eleanor Willoughby2, Reza Mir1, R. Nigel Edwards1 рассказывают о недавних практических исследованиях методом потенциального морского эм контролируемого источника с целью поиска и оценки газогидратов на окраине Каскадии на западном побережье Канады. Методы морских электромагнитных исследований с контролируемым источником (CSEM) стали очень важным и ценным инструментом для определения местоположений углеводородов на шельфе. Нефть, газ и газогидраты увеличивают сопротивление содержащих их пород, если они формируются в достаточном количестве в породах с высокой пористостью. На окраине Каскадии к западу от острова Ванкувер Британской Колумбии ведется интенсивное изучение газогидратов, которые выделяются по сейсмическим разрезам с применением анализа проб керна и каротажа, полученного в рамках программы океанического бурения (ODP). Газогидрат является источником большого количества метанового газа и рассматривается как важнейший источник энергии в будущем. Летом 2004 года мы провели морской CSEM эксперимент в районе точки 889 и 890 программы океанического бурения (ODP) на площади, содержащей несколько больших территорий до сотен метров в диаметре, которые содержали области сейсмической тени. Мы использовали корабль с вышкой, электромагнитную импульсную систему диполь-диполь, разработанную в Университете Торонто. Коса из приемников и источников была размещена вдоль профиля на дне. Текущий сигнал, имеющий прямоугольный вид, был сформирован на бортовом источнике и послан через коаксиальный стальной кабель на диполь источника, находящегося на морском дне. Коса приемников состояла из пары электродов серебро-хлорид серебра, которые были снабжены собственным усилителем, часами, процессором и памятью для хранения данных. Простой анализ полученных данных показывает повышения сопротивления над неизученными зонами. Сопротивление возрастает от фоновых значений с 1.1 m до 1.5 m до более чем 5 m. Эти значения являются высоко аномальными для морского дна. Мы полагаем, что аномалии в этих неизученных зонах можно объяснить концентрацией залежей газогидратов, сопровождаемых, возможно, свободным газом. Количество нефти в аномальных зонах оценивается до 50% от доступного порового пространства (средняя величина 25%), а содержание газа в каждой зоне может достигать миллиардов кубических метров. 1 Department of Physics, University of Toronto, Toronto, Ontario, Canada, M5S1A7. 2 Geological Survey of Canada, Pacific Geoscience Centre, 9860 West Saanich Road, Sidney, BC, Canada, V8L4B2." Введение На протяжении двух десятилетий в районе залежей газогидратов в шельфовой зоне Каскадии острова Ванкувер проводится большое количество исследовательских проектов и морских экспериментов. Природные газогидраты, первоначально открытые на Арктических территориях в условиях вечной мерзлоты, представляют собой твердые тела, похожие на ледовые блоки, которые встречаются по всему миру на дне океанов, вдоль континентальных окраин. Они состоят из газовых молекул, преимущественно метанового состава, имеющих решетчатую кристаллическую структуру молекул воды. Эти образование формируются при низких температурах и высоких давлениях, обычно в первых сотнях метров осадков на глубине около 500 м. Общие запасы замерзшего метана превосходят все известные на сегодняшний день запасы ископаемых углеводородов. В чистом виде гидраты обладают огромным потенциалом, как источник энергии будущего (Kvenvolden 1993;1999). Метан также является очень сильным парниковым газом и может вызвать глобальное потепление, в случае если он попадет в верхние слои атмосферы. Залежи газогидратов в общем случае могут быть выделены с помощью сейсмических разрезов. О наличии залежи свидетельствует отражающий горизонт типа морского дна (BSR), который ассоциируется с областью стабильности газогидратов. Этот уровень является переходной зоной между гидратами над ним и свободным газом и водой под ним. Положение зоны контролируется температурными условиями и зависит от величины геотермального градиента. Признаков присутствия газогидратов на окраине Каскадии были обнаружены на сейсмических разрезах (рефлектор типа морского дна) в 1985 году и при анализе данных каротажа и керна на точках 889 Программы Океанического Бурения ODP Leg 146 (Westbrook et al., 1994). В последующие годы в этой области велись интенсивные научноисследовательские работы, включая одноканальные и многоканальные сейсмические съемки (Yuan et al.,1996; Fink and Spence 1999; Riedel et al., 2002), записи по океаническому дну (OBS) (Hobro et al., 1998; Spence et al., 1995). Нефтяная геология соответствие техническим нормам (Willoughby and Edwards,2000) и изучение электрического сопротивления (Yuan and Edwards,2000). Несколько сейсмически непрозрачных районов диаметром между 80 и 400 м были впервые исследованы методом DTAGS (Wood et al.,2000) и позднее там была проведена выскоразрешающая многоканальная 3D сейсморазведка (Riedel et al., 2002). Гидраты были найдены в поршневом пробоотборнике в различных местах внутри неизученных областей. Тщательный анализ изучения газогидратов в этом регионе провели Hyndman et al. (2001) и Spence et al. (2000). Существуют несколько моделей, объясняющих сейсмическое затенение и требующих дополнить сейсмическое изучение другими геофизическими методами, к примеру, CSEM. Wood et al.(2002) утверждали, что уровень стабильности газогидратов является нарушенным выше зон сейсмической тени из-за повышения температуры и поднимающихся флюидов, поэтому зоны сейсмической тени сами по себе являются газовыми скоплениями, подтверждающими, что гидраты могут формироваться только в узких зонах между этой возмущенной границей BSR и океаническим дном. Эксперимент CSEM был разработан для изучения электрических свойств зон сейсмической тени и вентиляционных участков. Электрическое сопротивление морских осадков зависит от количества морской воды в доступном поровом пространстве и пористости. Его обычное значение между 1 m и 2 m непосредственно рядом с океаническим дном. Гидрат сам по себе является изолятором, и формируют поровое пространство внутри зоны стабильности гидратов, замещая проводящий поровый флюид. Упругие и электрические свойства области изменяются, включая удельное сопротивление, которое может значительно вырастать. Региональная концентрация гидратов и аномальная концентрация внутри зон сейсмической тени может быть оценена независимо от ее локального распределения. Место эксперимента Место исследование располагалось на аккреционной призме окраины Каскадии недалеко от точки ODP 885, как показано на рисунке 1. В этом месте плита Хуан де Фука испытывает субдукцию в восточном направлении под Северо-Американскую плиту со скоростью сближения около 45 мм в год (Riddihough, 1984). Плейстоценовые осадки с приходящей океанической плиты, соскребленные с деформированного края, сильно смятые и поднятые наверх формируют протяженные антиклинальные структуры, поднятые на 700м выше примыкающего бассейна. Далее на восток вглубь континента океаническое дно быстро поднимается, достигая глубины 1400-1500 м формируя глубоководный уступ. Площадь детальной сейсмической съемки располагается на этом уступе и покрывает две топографические вершины, возвышающиеся на 200м относительно океанического дна. Впадина между этими двумя вершинами заполнена современными осадками (Davis and Hyndman,1989). По крайней мере, четыре значимые зоны сейсмической тени можно выделить на площади приблизительно 1 км x 3 км, как показано на рисунке 5a. Самая большая из них, зона тени 1 диаметром около 400 м, названная Bullseye, имеет отчетливую выраженную поверхность высотой около 6м. В направлении ЮЗ-СВ был проведен CSEM эксперимент. вдоль профиля, пересекающего Булсейе и подходящего к другим участкам вентиляционного участка, были сделаны измерения в 28 точках с шагом 250 м. Сопротивление и закон Арчи. Оценка гидратов основывается на предположении увеличения сопротивления в зонах с повышенным содержанием гидратов. Мы можем использовать закон Арчи (Archie, 1942) для установления взаимосвязи между измеренным сопротивлением и оценками пористости для простых двухфазных систем, которые состоят из матрикса-изолятора и электропроводящим поровым флюидом. В общей форме это выглядит так: f измеренное сопротивление породы, сопротивление морской воды, пористость осадков, а - постоянная и m - фактор цементации. Последние два параметра могут быть получены из лабораторных измерений, и их значения лежат в пределах 0.5 < a < 2.5 и 1.5 < m < 3. Для расчета концентрации гидрата в отложениях нам необходимо модифицировать вышеприведенную формулу, вычитая поровое пространство, заполненное теперь гидратом, из общего порового пространства. Модифицированная формула выглядит так: Параметр S является теперь фактором насыщения пор водой, n - коэффициент насыщения и Sh _ (1S) - насыщение газогидратом. Подробное описание методов получения коэффициентов в законе Арчи описано в работах Collett и Ladd (2000). Метод CSEM Мы используем продольную диполь-диполь конфигурацию для определения сопротивления структур океанического дна. Ключевые слова: кабель, измерение, тема нефтяной, фаза, кос, изучение, bsr, davis, свободный газ, geophysical, концентрация гидрат, протяжение, район, свободный, показанный, поровый, формироваться, gas hydrate, морской, окраина каскадия, показать, hydrate, осадка, исследование, модель, средний, dillon, odp, трансмиттер, метод, точка, область, анализ, оценка, океанический, gettrust, geophysics, сейсмический, керн, приемник, океанический дно, поровый пространство, профиль, каротаж, edwards, значение, показать рисунок, набор, провести, окраина каскадий, spence, пространство, science, break, chapman, окраина, источник энергия, содержать, коса, приёмник, зависеть, внутри, дать, сделанный, тень, особый тема, получить, морской дно, переходной зона, collett, yuan, апрель, суммированный, фнч, journal, система, kvenvolden, paull, особый, вода, фоновый, хлорид серебро, зона сейсмический, геология, break апрель, существовать, сотня, csem, газ, эксперимент, расстояние, нефтяной, journal geophysical, полагать, нефтяной геология, сейсмический тень, арча, geological, рисунок, ocean, seismic, hyndman, количество, амплитуда, riddihough, proceedings, использовать, морской вода, riedel, уступ, тема, marine, коэффициент, letters, gas, концентрация, показывать, eage, предел, увеличение, каскадий, fink, глубина, доступный, сопротивление, полученный, assessment, источник, аномальный, дно, предполагать, пористость, участок, точка odp, union, высокий, сигнал, газогидрат, гидрат, cascadia, зона