CC BY
115
УДК 551.89
ГАЗОГИДРАТНЫЕ СКОПЛЕНИЯ В ДОННЫХ ОСАДКАХ ОЗЕРА БАЙКАЛ О.М.Хлыстов\ Е.Е.Кононов2, А.В.Хабуев3
^Лимнологический институт СО РАН, 664033, г. Иркутск, ул. Улан-Баторская, 3.
2Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Обобщены имеющиеся на сегодняшний день сведения о газогидратных скоплениях в донных осадках Байкала. Приведены основные особенности состава, структурно-текстурные признаки газогидратных толщ.
Ил.3. Библиогр. 16 назв.
Ключевые слова: палеогеография; реконструкции; палеоклиматы; газогидраты.
GAS HYDRATE ACCUMULATIONS IN LAKE BAIKAL BOTTOM SEDIMENTS
O.M.Khlystov, E.E.Kononov, A.V.Khabuev
Limnological Institute SB RAS, 3, Ulan-Batorskaya St., Irkutsk, 664033.
National Research Irkutsk State Technical University, 83, Lermontov St., Irkutsk, 664074.
The article generalizes current data on gas hydrate accumulations in Baikal bottom sediments. It provides main features of the composition and structural and texture peculiarities of the gas hydrate depths.
3 figures. 16 sources.
Key words: paleogeography; reconstructions; paleoclimates; gas hydrates.
Давно установлено, что возраст нижних толщ осадков Южной и Средней впадин озера Байкал более 25 млн лет. В дельте р. Селенги, самой большой дельты озера, по геофизическим данным установлена максимальная мощность осадков более 9 км. В остальной части Южной и Средней впадин максимальные значения мощности не превышают 5,5 - 7,5 км, а на северо-востоке Северной впадины она доходит до 4,5 км. Названные данные о многокилометровых мощностях осадков свидетельствуют, естественно, о длительной истории осадконакопления. Насыщение осадков
в процессе их накопления органическим веществом способствовало образованию и значительным скоплениям в донных толщах углеводородов различного типа. И действительно, в осадках озера обнаружены нефть, природный газ в свободном, растворенном и твердом состоянии. Большая глубина (соответственно высокое давление) и низкая температура придонной воды (около + 3,50) благоприятны для нахождения газа в гидрат-ной форме. Газогидраты - это соединения метана с водой, образующиеся при больших давлениях. Внешне они очень похожи на лед.
:Хлыстов Олег Михайлович - научный сотрудник, тел.: (3952) 425312, e-mail: [email protected] Chlystov Oleg - Research Worker, tel.: (3952 ) 425312, e-mail: [email protected]
2Кононов Евгений Ефимович - кандидат геолого-минералогических наук, доцент, тел.: (3952) 405114, e-mail: [email protected]
Kononov Evgeny - Candidate of Geological and Mineralogical sciences, Associate Professor, tel.: (3952) 405114, e-mail: [email protected]
3Хабуев Андрей Владимирович - ведущий инженер, тел.: (3952) 425312, e-mail: [email protected] Habuev Andrei - Leading Engineer, tel.: (3952) 425312, e-mail: [email protected]
До 1997 года в литературе появлялись только отдельные сообщения о возможности нахождения газовых гидратов в донных отложениях озера Байкал. В первую очередь, к ним относятся публикации сотрудников ВНИИГАЗ [4], в которых была приведена первая схема «области возможного накопления газовых гидратов» в осадках озера Байкал и сообщение Р.Д.Хатчисона [12] о косвенном геофизическом признаке гидра-тоностности донных отложений, полученном в ходе проведения многоканальной сейсмической съемки озера в 1989 и 1992 годах. В 1997 году была опубликована точная карта глубины залегания нижней границы слоя газогидратов в Южном и Среднем Байкале, построенная по данным многоканальной сейсмической съемки 1992 г. В это же время на основе измерения теплового потока В.А.Голубевым [1] (Институт земной коры СО РАН) была построена прогнозная карта глубины нижней границы газогидратного слоя для всего Байкала.
Первые глубинные образцы газовых гидратов были получены в процессе реализации международного проекта «Байкал-бурение» в 1997 году в районе Южной котловины озера. При глубине воды 1420 м в ходе бурения со льда скважины BDP-97 с поддонной глубины 121 и 161 м были подняты образцы керна, представлявшие собой смерзшийся песчано-алевритовый материал, который при нагревании обильно выделял газ [3] (рис. 1). Комплексные лабораторные исследования этого осадка показали, что роль цемента выполняли газовые гидраты биогенного метана (СН4 х 6Н2О) кубической структуры КС4 [7].
С 1997 года сотрудниками Лимнологического института СО РАН совместно с бельгийскими учеными Центра морской геологии университета г. Гента были начаты работы, направленные на поиск скоплений газовых гидратов
вблизи поверхности дна. В результате гидролокационных работ и детальной батиметрической съемки дна эхолотом, а также по данным непрерывного сей-смоакустического профилирования в Южной впадине были обнаружены четыре структуры, расположенные вдоль одного из основных разломов дна озера [16]. На мозаике гидролокатора бокового обзора они имели очертания, близкие к изометричным. Выделенные неоднородности на дне озера имели размеры в диаметре от 200 до 1500 м, а их высота достигала 60 м.
Именно из-за размера возвышенностей и четкости рисунка на мозаиках они названы как «Большой», «Маленький», «Малютка» и «Старый» [15]. В районе структуры «Маленький» в 2000 году впервые были обнаружены в первом метре донных отложений приповерхностные (поддонные) скопления газовых гидратов в виде визуально наблюдаемых линз и слоев в глинистой части керна [14]. Анализы гидрата и гидратного газа показали, что это гидрат метана биогенного происхождения кубической структуры KC-I [6]. На основе данных о средней глубине залегания нижней границы стабильности гидратов и допущения о равномерности распределения газовых гидратов в поровом пространстве выше данной границы были сделаны первые прогнозные максимальные оценки ресурсов газа в гидратах озера, которые оценивались от 8,8 х 1011 до 9 х 1012 м3 [2, 8, 16]. C момента открытия первых приповерхностных гидратов по настоящее время сотрудниками институтов СО РАН и других институтов РАН после совместных с бельгийскими, индийскими и японскими учеными геолого-геофизических работ в Южном и Среднем Байкале был выявлен еще ряд районов распространения газовых гидратов на небольшой поддонной глубине.
Рис.1. Схема расположения мест обнаружения газовых гидратов на озере Байкал. Глубинные гидраты. Квадрат - скважина ВБР-97; приповерхностные гидраты: кружки - грязевые вулканы, треугольники - сипы - места подводной разгрузки газа, нефти или газонасыщенного флюида. На врезке - образец газового гидрата (белое) с грязевого вулкана «Р-2»
Благодаря сейсмическим и сейсмо-акустическим работам к 2008 году проведено дообследование четырёх известных структур и открыто 8 новых. Гид-ратосодержащие осадки различных районов озера имели разные текстуры: порфировидную, массивную, слоистую.
Встречались гидраты жильного и прожилкового типа (рис. 2). В единич-
ном случае на грязевом вулкане «Маленький» найден гидрат в виде цемента. На грязевом вулкане «К-2» слои гидратов были вертикальные и в виде гранул. Оба вида таких гидратов обнаружены в одном керне. Лабораторные анализы показали, что гранулы содержат более 13% этана и являются гидратами структуры КС-П [5, 13].
Рис. 2. Колонка донных отложений с газогидратными (белыми) прослойками. «Голоустное-1,2,3»
Большинство донных отложений, содержащих газовые гидраты, образуют нехарактерный для Байкала разрез. Вместо типичной для озера последовательности чередования диатомовых и глинистых слоев здесь имеют место обводненная газонасыщенная глина с включениями окатанных обломков из более плотной и сухой глины. Такие отложения были названы грязевулканиче-ской брекчией. Ее присутствие в поверхностных осадках стало основным геологическим поисковым признаком наличия газовых гидратов, а сами
структуры были отнесены к грязевым вулканам [9]. Благодаря новейшей батиметрической съемке дна озера многолучевым эхолотом в 2009 году было дополнительно обнаружено 102 новых потенциальных структуры [11]. К 2011 году половина из них обследована дистациоными методами, и на данный момент на Байкале открыто 17 грязевых вулканов и 4 холодных сипа (*Беер -место просачивания из Земли воды, газонасыщенного флюида, чистого газа или нефти, небольшой источник). В осадках 12 грязевых вулканов и в 4-х
Рис. 3. Фотография постройки из битума и газовых гидратов: диаметр 20 см, высота 15 см, белое - глубоководные животные
районах разгрузки газа в пузырковой форме обнаружены газовые гидраты (см. рис. 1).
В трех из них с помощью глубоководных обитаемых аппаратов «МИР» были обнаружены и обследованы выходы слоев газовых гидратов на поверхности дна. Все они приурочены к выходам газа на различных глубинах. Гидраты района нефтяного сипа, найденного в Средней котловине вблизи
Баргузинского залива, были найдены не только в осадках, но и в виде небольших твердых построек (рис. 3) на 900-метровой глубине, непосредственно на поверхности дна озера. Каркасом построек были газовые гидраты. При подъеме с глубины менее 400 м образцы постройки обильно выделяли газ и на поверхности воды были уже установлены мягкий битум, нефть и небольшие кусочки гидратов [10] (см. рис. 3). Уникальными являются также находки чистого, прозрачного гидрата на поверхности дна озера. В районе разгрузки газа в пузырьковой форме на глубине 1400 м Средней впадины монолиты газового гидрата были обнажены в склоновой части подводных холмов высотой несколько метров [11]. В Южной впадине также в районе разгрузки газа, но на глубине 400 м в склоне каньона были обнаружены слои прозрачного гидрата.
Открытие выходов чистого гидрата на поверхности дна озера с помощью глубоководных обитаемых аппаратов «МИР» в районах разгрузки газа в пузырьковой форме требует разработки новой модели формирования гидратных скоплений в условиях разгрузки чистого газа в пресноводном водоеме. Многочисленные находки газовых гидратов в поверхностном слое донных отложений в грязевых вулканах и сипах обязывают уточнить ранее сделаную оценку ресурсов метана в гидратной форме для озера Байкала в ближайщем будущем.
Работы выполнены при финансовой
поддержке Программы президиума РАН
21.8, Интеграционного проекта СО
РАН 27 и Фонда содействия сохранения
озера Байкал.
Библиографический список
1. Голубев В.А. Геотермический прогноз глубин нижней границы газо-гидратного слоя в донных отложениях озера Байкал // Докл. РАН. 1997. Т. 352, № 5. С. 652-665.
2. Голубев В.А. Геотермический прогноз запасов газогидратов в донных осадках Байкала. Всероссийская научная конференция «Геология и нефтегазаностность западносибирского мегабассейна» // Тез. докл., 14-17 ноября 2000. Тюмень, 2000. С. 14-17.
3. Гольмшток А.Я., Дучков А.Д., Хатчинсон Д. Р. и др. Оценки теплового потока на озере Байкал по сейсмическим данным о нижней границе слоя газовых гидратов // Геология и геофизика. 1997. № 10. С. 1677-1691.
4. Ефремова А.Г., Андреева М.В., Левшенко Т. В. и др. О газах в осадках Байкала // Газовая промышленность. Серия: Геология и разведка газовых и газоконденсатных месторождений. 1980. № 2. С. 15- 27.
5. Калмычков Г.В., Егоров А.В., Кукзьмин М.И., Хлыстов О.М. Генетические типы метана озера Байкал // Докл. РАН. 2006. Т 414б, № б. С. 1462-1465.
6. Клеркс Я., Земская Т.И., Матвеева Т.В и др. Гидраты метана в поверхностном слое глубоководных осадков озера Байкал // Докл. РАН. 2003. Т. 393, № 6. С. 822-826.
7. Кузьмин М.И., Калмычков Г.В., Ге-летий В. А. и др. Первая находка газовых гидратов в осадочной толще озера Байкал // Докл. РАН. 1998. Т. 362, № 4. С. 541-543.
8. Хлыстов О.М., Шульга В. В. Осипов Э. Ю. Сапранков С. А. М. Де Батист. Прогнозная оценка запасов метана в газовых гидратах озера Байкал. // Сборник избранных трудов научно-технической конференции "Геология, поиски и разведка полезных ископаемых и методы геологических исследований". Иркутск: Изд-во ИрГТУ. 2002. Вып. 2. С. 71-79.
9. Хлыстов O.M. Новые находки газовых гидратов в осадках озера Байкал // Геология и геофизика. 2006. Т. 47, № 6. С. 979-981.
10. Хлыстов О.М., Земская Т.И, Ситни-кова Т.Я. и др. Донные битумные постройки и населяющая их биота по данным обследования озера Байкал с глубоководных обитаемых аппаратов «МИР» // Докл. РАН. 2009. Т. 425, № 6. С. 682-685.
11. Egorov, A.V., Nigmatulin, R.I., Rimskii-Korsakov, N.A., Rozhkov, A.N., Sagalevich, A.M., Chernyaev, E.S., Granin, N.G., Zemskaya, T.I., Khlystov, O.M., and Kalmichkov, G.V. Gas hydrate hills on the bottom of Lake Baikal. // Abstracts of 10th International
Conference on Gas in Marine Sediments. 2010, Listvyanka. Р. 102-103.
12. Hutchinson R.D., Golmshtok A.J., Scholz C.A. et al. Bottom simulating reflector in Lake Baikal // EOS, 1991, v. 72. Р. 307.
13. Kida M, Khlystov O, Zemskaya T, et al. Coexistence of structure I and II gas hydrates in Lake Baikal suggesting gas sources from microbial and thermogenic origin. // Geophys Res Lett. -2006. Doi:10.1029/2006GL028296.
14. Scholz C.A., Hutchinson D R. Strati-graphic and structural evolution of the Selenga Delta Accomodation Zone, Lake Baikal Rift, Siberia // Int. J, Earth Sci., 2000, v. 89. Р. 212-228.
15. P.Van Rensbergen , M. De Batist M. Klerkx J. et al. Sublacustrine mud volcanoes and methane seeps caused by dissociation of gas hydrates in Lake Baikal // Geology, 2002, v. 30, № 7. Р. 631-634.
16. Vanneste M., De Batist M., Golmshtok A. et al. Multi-frequency seismic study 7of gas hydrate-bearing sediments in Lake Baikal, Siberia // Marine Geology, 2001,. -v. 172. Р. 1-21.
Рецензент: кандидат геолого-минералогических наук, доцент Национального исследовательского Иркутского государственного технического университета Ю.Н.Диденков
