CC BY
2УДК 550.832.5
ГАЗОГИДРАТНЫЕ ПРОВИНЦИИ НА ШЕЛЬФЕ ОСТРОВА САХАЛИН
И Сырбу Н. С., Холмогоров А. О.
Тихоокеанский океанологический институт им. В. И. Ильичёва ДВО РАН, Владивосток, Россия
E-mail: [email protected]
Газогидраты были обнаружены в донных отложениях на западном склоне Курильской котловины со стороны залива Терпения (Охотское море) на глубине 1020 м во время экспедиций в 2012 и 2013 гг. На восточном склоне Татарского пролива газогидраты были обнаружены на малой глубине — 322 м. В своих исследованиях мы выделили газогидратные провинции на основе измерений температуры донных вод и донных отложений, а также анализа данных о тепловом потоке, землетрясениях и морских течениях. Газогидратные провинции шельфа острова Сахалин имеют сходные гидрологические режимы, обеспечивающие подходящие температурные условия для существования газовых гидратов, как на глубине 322 м в Татарском проливе (Японское море), так и на глубинах 725 и 1020 м на склоне Курильской котловины (Охотское море).
Ключевые слова: газовые гидраты, метан, тепловой поток, течения, остров Сахалин.
GAS HYDRATE PROVINCES OFFSHORE SAKHALIN ISLAND
И Syrbu N. S., Kholmogorov A. O.
V. I. Il'ichev Pacific Oceanological Institute FEB RAS, Vladivostok, Russia
Gas hydrates were found in bottom sediments on the western slope of the Kuril Basin from the side of the Terpeniya Gulf (Okhotsk Sea) at 1020 m depths during expeditions in 2012 and 2013. How-ever, on the eastern slope of the Tatar Strait, gas hydrates were sampled at an unusually shallow 322 m depth. During our research, we identified gas hydrate provinces based on both bottom water and sediment temperature measurement data and heat flow, earthquake, cold seep and sea current data analyses. These provinces have similar hydrological regimes, providing suitable temperature conditions for the existence of gas hydrates, to those at a 322 m depth in the Tatar Strait (Japan Sea) and at 725 and 1020 m depths on the slope of the Kuril Basin (Okhotsk Sea).
Key words: gas hydrates, methane, heat flow, currents, Sakhalin Island.
Введение. Температурный режим в подповерхностном слое отложений (где скапливаются газогидраты) зависит как от придонной воды, так и от теплового потока, воздействующего на отложения сверху и снизу. В данной статье представлены результаты исследования взаимодействия двух фундаментальных факторов — теплового потока и распределения морских течений, а также связанных с этим температур воды — для выяснения сложной роли температурного режима в образовании газовых гидратов.
Газовые гидраты были обнаружены на глубине 322 м на восточном склоне Татарского пролива, в самой северной части Японского моря. В Татарском проливе было выявлено в общей сложности 43 газовых «факела» [1]. Во время 62-го рейса НИС «Академик М. А. Лаврентьев» были
обнаружены два участка газогидратов. Один из них установлен к северу от западного склона Курильской котловины, а второй — на западном склоне Сахалина (к югу от места обнаружения газогидратов в 2012 г.) [2]. Во время 70-го рейса на НИС «Академик М. А. Лаврентьев» в Татарском проливе были выявлены два газогидратоносных района [3, 4]. Глубина залегания газовых гидратов в Охотском море значительно превышает глубину в Японском море. Однако в обоих морях созданы условия, необходимые для образования и существования газовых гидратов (табл.).
Таблица
Газовые гидраты, поднятые в кернах осадка во время рейсов НИС «Академик М. А. Лаврентьев» 62 (ЦУ62) в июне 2013 г. и 70 (ЦУ70) в июне 2015 г.
Глубина, м № станции Район
322 LV70-09HC Японское море (Татарский пролив)
750 LV70-13HC Японское море (Татарский пролив)
330 LV70-21HC Японское море (Татарский пролив)
725 LV62-07HC Охотское море (западный борт Курильской котловины)
1050 LV62-08HC Охотское море (западный борт Курильской котловины)
323 LV62-17HC Японское море (Татарский пролив)
322 LV62-26HC Японское море (Татарский пролив)
Многочисленные случаи обнаружения газогидратов требуют уточнения и районирования, и, как и прежде, роль температурного режима и факторов, влияющих на его изменение, является одной из наиболее спорных проблем в образовании и диссоциации подводных газогидратов.
Методика. Использованы данные газогеохимических исследований и измерений CTD, выполненных во время морских экспедиций на НИС «Академик М. А. Лаврентьев», рейс 62 (LV62) в июне 2013 г. и рейс 70 (LV70) в июне 2015 г.; измерений температуры донных осадков рейса 61 на НИС «Академик Опарин» в ноябре — декабре 2020 г. Температуру измеряли с помощью прибора TESTO 735-2 (Testo AG, Германия, Testo Instruments Co., Ltd.) с погрешностью измерения 0,002 X.
Кроме того, мы использовали данные международного проекта «Сахалин (2007-2012)» по исследованию скоплений гидратов природного газа на северо-восточном континентальном шельфе и склоне острова Сахалин [1, 5], чтобы сравнить их с рассмотренными районами.
Отбор проб воды из батометров «Нискин» осуществлялся на станциях при CTD-зондировании в диапазоне глубин от поверхности до дна в рейсах 62 и 70 на НИС «Академик М. А. Лаврентьев». Придонным водам в районах с высоким содержанием метана уделялось особое внимание. Были получены профили температуры, солености, растворенного кислорода, мутности и флуоресценции морской воды.
Результаты. Натурные измерения в Татарском проливе Японского моря (рис. 1, а, Ь) и в заливе Терпения Охотского моря (рис. 1, с, ё) показывают почти одинаковую температуру в обоих районах на глубине 400 м. На глубине температура также остается стабильной и положительной в обоих районах; в Татарском проливе она еще выше. На рис. 1, а показаны две группы температурных профилей в Татарском проливе, которые могут быть связаны с глубиной воды. Район исследований находится под влиянием холодных течений, обеспечивающих приток воды в горизонтальных направлениях на различных глубинах, а также вертикальную миграцию воды. Этот фактор способствует перемешиванию воды, а холодные течения позволяют поддерживать относительно стабильную температуру воды.
Рис. 1. Температура (а, с) в толще воды в районе газогидратов в Татарском проливе (Западный Сахалин) (Ь) и в Охотском море (Восточный Сахалин) (С) по данным, полученным в 62-м и 70-м рейсах на НИС «Академик М. А. Лаврентьев». Цвет линии (а, с) соответствует цвету символа (Ь, С)
В морской экспедиции на НИС «Академик Опарин» (рейс 61) с помощью гравиметрического пробоотборника были подняты керны донных отложений и измерена температура осадка в различных слоях (рис. 2). Средняя температура донных отложений и температура придонной воды зависят от глубины, что приводит к общей тенденции, при которой придонная вода холоднее донных отложений на 1 °С.
Температура придонной воды имеет тенденцию к равномерному снижению с глубиной. Это снижение становится более плавным ниже 500 м. Изменение температуры донных отложений можно разделить на две части: постепенное снижение до 500 м, затем резкое снижение на 0,5 °С и дальнейшее постепенное снижение глубины дна до 1000 м. Примечательно, что
temperature, °С
200
400
&
и -О
о
600
800
1000
1200
— sediment layer 50-110 cm
— sediment layer 110-150 cm
— sediment layer 155-170 cm
— sediment layer 180-200 cm
— sediment Layer 205 - 235 cm
— sediment layer 240- 2H0 cm sediment layer 290-305 cm
— bottom water
Рис. 2. В Татарском проливе (Японское море) были измерены температура донной воды (жирная красная линия) и температура донных отложений (тонкие цветные линии) в различных слоях керна. Вертикальная шкала показывает глубину дна, горизонтальная — температуру
температура осадочных пород относительно одинакова для различных горизонтов отложений на глубине 500-750 м. Однако на глубине 800-1000 м температура осадочных пород в нижних горизонтах керна повышается. На такие перепады температур между донной водой и отложениями в этом районе могут влиять высокие значения теплового потока.
Температура придонной воды в районе газовых гидратов в Татарском проливе (Японское море) несколько ниже, чем температура придонной воды в Охотском море. Однако значения теплового потока в Татарском проливе, наоборот, выше. Эти факторы способствуют созданию необходимых условий для образования газовых гидратов на небольшой глубине морского дна (320 м). Профиль устойчивости газовых гидратов в Охотском море коррелирует с профилем устойчивости газовых гидратов в Татарском проливе, что подтверждает сходные условия существования, образования и разрушения газовых гидратов.
Районы Японского и Охотского морей имеют некоторые различия в зависимости от зон распределения теплового потока. Величина теплового потока колеблется от 50 до 70 Вт/м2 для Охотского моря и 80-120 Вт/м2 для Японского моря. При сравнении систем разломов и теплового
потока можно выделить некоторую зональность: в северных и южных районах острова Сахалин зоны концентрации и пересечения линий разломов совпадают с зонами низкого значения теплового потока. Территория острова расположена в зоне минимальных значений теплового потока (для рассматриваемого региона). В регионах с более высоким тепловым потоком были обнаружены газовые факелы и гидраты. Большая зона с низким тепловым потоком (50 Вт/м2) расположена в северной части острова Сахалин. На восточном краю этой зоны есть разлом с газовыми факелами, и мы можем видеть аналогичную зону в южной части острова. Газовые факелы и газогидраты находятся на границе области теплового потока 50-70 Вт/м2 для обеих зон. Газовые факелы расположены не только в зоне более высоких значений теплового потока в Татарском проливе, но и в непосредственной близости от линии разлома.
Газогидратные районы Охотского моря находятся в геологических, сейсмических и геофизических условиях, сходных с Татарским проливом, и имеют схожие гидро- и геофизические условия.
Выводы. Тепловой поток снизу и холодные водные массы сверху приводят к изменению температуры отложений вдоль этих основных горизонтов, причем более высокие температуры наблюдаются на более низких горизонтах отложений. Газогидраты в этих условиях находятся в своеобразной «тепловой ловушке», что способствует, с одной стороны, их образованию, а с другой — стабильному существованию и накоплению. Газогидраты небольшой глубины (320 м) в Татарском проливе образовались и продолжают существовать в условиях, сходных с газогидратами Охотского моря, благодаря совместному воздействию теплового потока и холодных субарктических вод, поступающих в этот район из Охотского моря.
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 23-77-10038.
Список литературы / References
1. Jin Y. K., Shoji H., Obzhirov A., Baranov B. (eds.). Operation Report of Sakhalin Slope Gas Hydrate Project 2012, R/V Akademik M. A. Lavrentyev Cruise 59 // Korea Polar Research Institute: Incheon, Republic of Korea, 2013. P. 163.
2. Shoji H., Jin Y K., Baranov B., Nikolaeva N., Obzhirov A. (eds.). Operation Report of Sakhalin Slope Gas Hydrate Project II, 2013, R/V Akademik M. A. Lavrentyev Cruise 62 // Environmental and Energy Resources Research Center, Kitami University: Kitami, Japan, 2014. P. 110.
3. Minami H., Jin Y. K., Baranov B., Nikolaeva N., Obzhirov A. (eds.). Operation Report of Sakhalin Slope Gas Hydrate Project II, 2015, R/V Akademik M. A. Lavrentyev Cruise 70 // Kitami Institute of Technology: Kitami, Japan, 2016. P. 119.
4. Shakirov R. B., Syrbu N. S., Obzhirov A. I. Distribution of helium and hydrogen in sediments and water on the Sakhalin slope // Lithol. Miner. Resour. 2016. Vol. 51. P. 61-73. https://doi.org/10.1134/ S0024490216010065.
5. Shoji H., Jin Y. K., Obzhirov A. (eds.). Operation Report of Sakhalin Slope Gas Hydrate Project 2007, R/V Akademik M. A. Lavrentyev, Cruise 43 // Kitami Institute of Technology, New Energy Resources Research Center: Kitami, Japan, 2008. P. 39.
6. Jin Y. K., Shoji H., Obzhirov A., Baranov B. (eds.). Operation Report of Sakhalin Slope Gas Hydrate Project 2010: R/V Akademik M.A. Lavrentyev, Cruise 50 // Korea Polar Research Institute: Songdo, Republic of Korea, 2011. P. 129.
