Криогенные газовые гидраты на арктических шельфах – особенности прогноза и ресурсные оценки

Работа посвящена особенностям прогнозирования и количественной оценки ресурсов метана в субаквальных криогенных газовых гидратах на шельфе российской Арктики. Основу работы составляет численное моделирование субаквальной криолитозоны и температурного режима морских отложений. В ходе математического моделирования были построены равновесные кривые гидратообразования с переменной соленостью морской воды, позволившие определить пространственное положение границ зоны стабильности газовых гидратов (ЗСГГ) криогенного типа. В районах прогнозируемой ЗСГГ по данным МОВ ОГТ оконтурены потенциально гидратоносные скопления. Оценено количество метана в четырех прогнозируемых подмерзлотных газогидратных скоплениях на шельфе моря Лаптевых. В выявленных скоплениях может содержаться порядка 0,1 трлн м³ метана в форме гидрата. Согласно выполненным оценкам регионального масштаба, на шельфе российской Арктики может быть аккумулировано до 9,24 трлн м³ метана или около 0,3% от общемировых геологических запасов газа в форме газовых гидратов.

1. Гинсбург Г.Д., Соловьев В.А. (1994). Субмаринные газовые гидраты. СПб: ВНИИОкеангеология, 199 с. Малахова В.В., Елисеев А.В (2020). Влияние диффузии солей на состояние и распространение многолетнемерзлых пород и зоны стабильности метан-гидратов шельфа моря Лаптевых. Лед и снег, 60(4), с. 533–546. DOI: 10.31857/S2076673420040058

2. Матвеева Т.В., Логвина Е.А. (2012). Газовые гидраты арктических акваторий: фактор риска или потенциальное полезное ископаемое? Российские полярные исследования, 2, с. 19–21.

3. Матвеева Т.В., Логвина Е.А., Назарова О.В. (2024). Газовые гидраты акваторий: методы и результаты ресурсных оценок. Геология нефти и газа, 3, с. 81–96. https://doi.org/10.47148/0016-7894-2024-3-81-96

4. Матвеева Т.В., Щур Н.А., Щур А.А., Смирнов Ю.Ю. (2024). Программный комплекс для расчета параметров зоны стабильности субаквальных газовых гидратов “MArine GAs hydrate Stability forecast” (MAGAS). Роспатент. Свид-во №2024680266 от 27.08.2024.

5. Перлова Е.В. (2019). Первоочередные объекты освоения ресурсов гидратного газа для развития минерально-сырьевой базы газодобычи России. Научно-технический сборник «Вести газовой науки», 4(41), с. 164–168.

6. Поселов В.А., Жолондз С.М., Трухалев А.И., Косько М.К., Поселова Л.Г., Буценко В.В., Павленкин А.Д., Верба В.В., Ким Б.И. (2012). Карта мощности осадочного чехла Северного Ледовитого океана. Геологогеофизические характеристики литосферы Арктического региона. Труды ВНИИОкеангеология, 223(8), с. 8–14.

7. Рокос С.И., Длугач А.Г., Локтев А.С., Костин Д.А., Куликов С.Н. (2009). Многолетнемерзлые породы шельфа Печорского и Карского морей: генезис, состав, условия распространения и залегания. Инж. изыскания, 10, с. 38–41.

8. Романовский Н.Н., Гаврилов А.В., Тумской В.Е., Холодов А.Л. (2003). Криолитозона Восточно-Сибирского арктического шельфа. Вестник Московского университета. Серия 4: Геология, 4, с. 51–56.

9. Смирнов Ю.Ю., Матвеева Т.В., Щур Н.А., Щур А.А., Бочкарев А.В. (2024a). Численное моделирование субаквальных многолетнемерзлых пород на евразийском шельфе Арктики. Криосфера Земли, 28(5), с. 38–59. https://doi.org/10.15372/KZ20240504

10. Смирнов Ю.Ю., Щур Н.А., Матвеева Т.В., Щур А.А. (2024b). Программный комплекс для расчета параметров зоны стабильности криогенных газовых гидратов “PErmafrost GAs hydrate Stability forecast” (PEGAS). Роспатент. Свид-во №2024680251 от 27.08.2024.

11. Anderson B.J., Wilder J.W., Kurihara M., White M.D., Moridis G.J., Wilson S.J., Pooladi-Darvish M., Masuda Y., Collett T.S., Hunter R.B., Narita H., Rose K., Boswell R. (2008). Analysis of modular dynamic formation test results from the Mount Elbert 01 stratigraphic test well, Milne Point Unit, North Slope Alaska. Proceedings of the 6th International Conference on Gas Hydrates (ICGH 2008). Vancouver, 13 p.

12. Angelopoulos M., Overduin P.P., Frederieke M. et al. (2020) Recent advances in the study of Arctic submarine permafrost. Permafrost and Periglacial Processes. Transactions of the International Permafrost Association, 31(3), рр. 341–457. https://doi.org/10.1002/ppp.2061

13. Chuvilin E., Bukhanov B., Grebenkin S. et al. (2021). Thermal properties of sediments in the East Siberian Arctic Seas: A case study in the BuorKhaya Bay. Marine and Petroleum Geology, 123, p. 104672. https://doi.org/10.1016/j.marpetgeo.2020.104672

14. Collett T.S. (1993). Natural gas hydrates of the Prudhoe Bay and Kuparuk River area, North Slope, Alaska. AAPG Bulletin, 77(5), pp. 793–812. https://doi.org/10.1306/BDFF8D62-1718-11D7-8645000102C1865D

15. Collett T.S. (1995). Gas hydrate resources of the United States. In Gautier, D.L., Dolton, G.L., Takahashi, K.I., and Varnes, K.L., eds., National assessment of United States oil and gas resources on CD-ROM: U.S. Geological Survey Digital Data Series 30. Collett T.S. (2002). Energy resource potential of natural gas hydrates. AAPG Bulletin, 86(11), pp. 1971–1992. https://doi.org/10.1306/61EEDDD2-173E-11D7-8645000102C1865D

16. Collett T.S., Agena W., Lee M., Zyrianova M.V., Bird Kenneth, Charpentier T.C., Houseknecht David, Klett T.R., Pollastro R.M., Schenk C.J. (2008). Assessment of Gas Hydrate Resources on the North Slope, Alaska. U.S. Geological Survey Fact Sheet, 2008-3073, pp. 1–4. https://doi.org/10.3133/fs20083073

17. Collett T.S., Lewis K.A., Zyrianova M.V., Haines S.S., Schenk C.J., Mercier T.J., Brownfield M.E., Gaswirth S.B., Marra K.R., Leathers-Miller H.M., Pitman J.K., Tennyson M.E., Woodall C.A., Houseknecht D.W. (2019). Assessment of undiscovered gas hydrate resources in the North Slope of Alaska, 2018. U.S. Geological Survey Fact Sheet, 2019–3037, pp. 1–4. https:// doi.org/10.3133/fs20193037

18. Fütterer D.K., Niessen F. (2004). Profile of sediment echo sounding during POLARSTERN cruise ARK-IX/4 with links to ParaSound data files [dataset]. Alfred Wegener Institute, Helmholtz Centre for Polar and Marine Research, Bremerhaven, PANGAEA. https://doi.org/10.1594/PANGAEA.206530

19. Gavrilov A., Pavlov V., Fridenberg A., Boldyrev M., Khilimonyuk V., Pizhankova E.I., Buldovich S., Kosevich N., Alyautdinov A.R., Ogienko M., Roslyakov A., Cherbunina M., Ospennikov E. (2020). The current state and 125 kyr history of permafrost on the Kara Sea shelf: modeling constraints. The Cryosphere, 14(6), pp. 1857–1873. https://doi.org/10.5194/tc-14-1857-2020

20. Hinz K., Delisle G., Block M. (1998). Seismic evidence for the vertical extent of submarine permafrost in the Laptev Sea, Siberia. Proc. 7th. International Conference on Permafrost, Yellowknife, Canada, pp. 453–458.

21. Kassens H., Bauch H., Dmitrienko I., Drachev S., Grikurov G., Thiede J., Tsching K. (2001). Transdrift VIII: Drilling the Laptev Sea in 2000. The Nansen Icebreaker (A newsletter from the Nansen Arctic Drilling Program), 12(1), pp. 8–9.

22. Kneier F. (2018). Subsea permafrost in the Laptev Sea: Influences on degradation dynamics, state and distribution. Doctoral dissertation, University of Potsdam, 221 p.

23. Makogon, Y.F., Holditch, S.A., Makogon, T.Y. (2007). Natural gas-hydrates – A potential energy source for the 21st Century. Journal of Petroleum Science and Engineering, 56(1), pp. 14–31. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2005.10.009

24. Matveeva T.V., Chazov A.O., Smirnov Y.Y. (2023). The Geological Characteristics of a Subpermafrost Gas Hydrate Reservoir on the Taimyr Shelf of the Kara Sea (Eastern Arctic). Geotecton., 57 (Suppl 1), pp. S153–S173. https://doi.org/10.1134/S0016852123070099

25. Moridis G.J. (2003). Numerical studies of gas production from methane hydrates. Society of Petroleum Engineers Journ., 32(8), pp. 359–370. https://doi.org/10.2118/87330-PA

26. Niessen F. (2004). Profile of sediment echo sounding during cruise ARKXI/1 with links to ParaSound data files, Alfred Wegener Institute for Polar and Marine Research, Bremerhaven, PANGAEA. https://doi.org/10.1594/PANGAEA.206531

27. Osadetz K.G., Chen Z. (2010). A re-evaluation of Beaufort SeaMackenzie Delta basin gas hydrate resource potential: petroleum system approaches to non-conventional gas resource appraisal and geologicallysourced methane flux. Bulletin of Canadian Petroleum Geology, 58(1), pp. 56–71. https://doi.org/10.2113/gscpgbull.58.1.56

28. Osterkamp, T. E. (2001). Sub-sea permafrost. Elements of physical oceanography. A derivative of the encyclopedia of ocean sciences, 2, pp. 2902-2912. https://doi.org/10.1006/rwos.2001.0008

29. Overduin P.P., Schneider von Deimling T., Miesner F., Grigoriev, M.N., Ruppel C.D., Vasiliev A., Lantuit H., Juhls B., Westermann S. (2019).

30. Submarine permafrost map in the Arctic modeled using 1-D transient heat flux (SuPerMAP). J. Geophys. Res.: Oceans, 124(6), pp. 3490–3507. https://doi.org/10.1029/2018JC014675

31. Pang X. (2023). Evaluation of the Global Potential Resource of the Natural Gas Hydrate. In: Quantitative Evaluation of the Whole Petroleum System. Singapore: Springer, pp. 413–454. https://doi.org/10.1007/978-981-99-0325-2_12

32. Rachold V., Bolshiyanov D.Y., Grigoriev M.N., Hubberten H.W., Junker R., Kunitsky V.V., Merker F., Schneider W. (2007). Nearshore Arctic subsea permafrost in transition. Eos, Transactions American Geophysical Union, 88(13), pp. 149–150. https://doi.org/10.1029/2007EO130001

33. Rekant P., Bauch H.A., Schwenk T., Portnov A.D., Gusev E.A., Spiess V., Cherkashov G., Kassens H. (2015). Evolution of subsea permafrost landscapes in Arctic Siberia since the Late Pleistocene: a synoptic insight from acoustic data of the Laptev Sea. Arktos, 1, pp. 1–15. https://doi.org/10.1007/s41063-015-0011-y

34. Ruppel C.D. (2015). Permafrost-Associated Gas Hydrate: Is It Really Approximately 1 % of the Global System? Journal of Chemical & Engineering Data, 60(2), pp. 429–436. https://doi.org/10.1021/je500770m

35. Ruppel C.D., Kessler J.D. (2017). The interaction of climate change and methane hydrates. Rev. Geophys., 55(1), pp. 126–168. https://doi.org/10.1002/2016RG000534

36. Sloan E.D. (1998). Gas hydrates: review of physical/chemical properties. Energy & Fuels, 12(2), pp. 191–196. https://doi.org/10.1021/ef970164+

37. Sloan E.D., Koh C.A. (2007). Clathrate Hydrates of Natural Gases (3rd ed.). Boca Raton: CRC Press, 758 p. https://doi.org/10.1201/9781420008494