CC BY
88
ГЕОХИМИЯ ВОД ОЗЕРА БАЙКАЛ И ВОД ГИДРАТСОДЕРЖАЩИХ ОСАДКОВ В РАЙОНЕ ПОДВОДНОГО ГРЯЗЕВОГО ВУЛКАНА МАЛЕНЬКИЙ
Н.Н. Зыкин, С.Б. Коротков, К.Г. Новикова (ООО «Газпром ВНИИГАЗ»)
Газовые гидраты, широко распространенные в акваториях морей и океанов, в силу особенностей нахождения в природе и отсутствия рентабельных способов их разработки в настоящее время относятся к нетрадиционным и трудно извлекаемым источникам сырья. В то же время выявленные в различных районах Земли и имеющие значительные ресурсы скопления морских газогидратов рассматриваются как альтернативный и наиболее перспективный источник углеводородов в ближайшем будущем. Очевидно, что выделять перспективные для поисков газогидратов площади, как и системно проводить собственно поиски, можно только, установив геологические (тектонические, структурные, фациальные и др.) закономерности в их локализации, а также выявив механизм формирования залежей и условия их сохранности в недрах.
Необходимыми условиями для формирования газогидратов являются высокие давления, относительно низкие температуры и достаточное количество реагентов. Исходя из возможных термобарических условий образования и допуская различные источники поступления воды, газа и их количественные соотношения, предполагаемые сегодня модели гидратообразования довольно разнообразны [1, 6, 8, 12-16, 19]. Возможность реализации в природных условиях ряда моделей и их отдельных этапов подтверждается экспериментально [12-15]. При всем различии механизмов все существующие модели относятся к одному из двух видов гидратообразующих систем: к открытым и закрытым (по Г.Д. Гинсбургу и В.А. Соловьеву [1] - к динамичным и покоящимся). В открытых системах формирование газогидратов происходит в результате привноса воды и газа в зону реакции (в зону стабильности гидратов). В закрытых образование гидратов осуществляется при наличии достаточного количества реагентов в момент возникновения необходимых для гидратообразования термобарических условий среды. Относительное повышение (либо снижение) концентраций воды и газа здесь производится за счет внутренних резервов системы (дегидратация вмещающих толщ, собственная газогенерация отложений, сепарация массы воды при ее промерзании, изменение гидро- и литостатических давлений и т.д.).
В то же время, если существующие сегодня теоретические представления и данные экспериментальных исследований удовлетворительно объясняют условия и причины формирования газогидратов в криолитозоне (через механизм циклического промерзания насыщаемых газом многолетнемерзлых толщ, продвижения фронта промерзания и др.), то для объяснения того же процесса в морских условиях имеющихся представлений чаще недостаточно. Так, многочисленными наблюдениями установлено, что при наличии необходимых и даже благоприятных для формирования газоги-дратов условий ни площадного, ни линейного развития их залежей в морских условиях не происходит. Более того, наблюдаемые в акваториях площади развития газогидратных скоплений составляют лишь мизерную часть области распространения зоны стабильности гидратов. Таким образом, очевидно, что образование газогидратов в морских условиях, а тем более формирование здесь крупных залежей в значительной степени зависит от частных условий.
В силу различий морских газогидратов по масштабам их проявления, локализации и морфологии скоплений, специфике и различиям в условиях их нахождения (большой диапазон глубин и установленных температур) для достоверного выявления механизмов формирования скоплений газогидратов в пределах акваторий, помимо термобарических условий, необходимо привлекать данные об источнике вещества. Очевидно, что кроме газов интерес здесь представляют данные об источнике и свойствах воды, участвующей в образовании гидратов, и степени участия вод различных источников.
С целью определения механизма формирования морских газогидратов и установления источника их воды авторами были изучены гидрохимические свойства поверхностных, придонных и поро-вых вод осадков оз. Байкал и воды газогидрата из отложений грязевого вулкана, расположенного в акватории озера. Также проведены масс-спектрометрические исследования, в результате которых был изучен изотопный состав кислорода и водорода вод. Пробы воды и образцы донных осадков были отобраны сотрудниками ООО «Газпром ВНИИГАЗ» в ходе рейса научно-исследовательского
судна «ГЮ. Верещагин», выполненного ЛИН СО РАН в 2008 г. в рамках первой Технологической экспедиции ООО «Газпром ВНИИГАЗ» «Байкальские гидраты - 2008». Исследования проведены в Южной котловине оз. Байкал на двух станциях, приуроченных к областям повышенной флюидной активности недр. Первая станция находилась в срединной, наиболее глубокой части Южной кот -ловины озера, в зоне Посольского разлома, в районе действующего подводного грязевого вулкана Маленький.
Подводные грязевые вулканы исследованной зоны представляют собой «... морфологически выраженные структуры в виде небольших возвышенностей высотой до 40 м и диаметром, достигающим 800 м, с подводящими к ним газовыми каналами и повышенным тепловым потоком» [8]. Многочисленными наблюдениями в приповерхностной части осадков зоны развития вулканов установлены проявления газогидратов [8, 9, 11, 16]. Пробы воды озера были отобраны в районе вулкана Маленький с глубин 0, 400, 1300 м и из придонной зоны.
Донные осадки, содержащие поровую воду и газогидрат, отбирались непосредственно из постройки вулкана (глубина по эхолоту - 1364 м, расчетная - 1296 м) гравитационной трубкой. Распил керна и отбор образцов донных осадков и проб воды производился сразу после подъема трубы (рис. 1). Вторая станция находилась в зоне Обручевского сейсмогенного разлома, в 3 км от устья р. Голоустной, где с глубины 518 м (по эхолоту) была отобрана только придонная вода. В этой части озера при глубоководном бурении установлено наличие свободно выделяющегося газа по всему разрезу донных отложений и зафиксированы места разгрузки метана со дна озера [8].
Рис. 1. Керн донных отложений с прослоями газового гидрата, отобранный в районе грязевого вулкана Маленький оз. Байкал
(фото С.Б. Короткова)
Результаты гидрохимических исследований
Гидрохимические исследования вод проведены в Лаборатории гидрогеологии, геохимии и геоэкологии ООО «Газпром ВНИИГАЗ». Были изучены физические свойства, общая минерализация и химический (макрокомпонентный) состав вод. Для анализа вод использовался метод прямого титрования («мокрой химии»), при котором определяется концентрация компонентов в ионной форме. Анализы проводились в соответствии с сертифицированными методиками определения химического состава воды (ГОСТ Р ИСО МЭК17025). Аномалий, осложняющих определение элементов, в процессе проведения анализа обнаружено не было. К сожалению, малое количество отобранных
донных отложений и выделенных из них поровых вод не позволило провести химический анализ этих вод даже методом разбавления. Результаты исследований химического состава вод озера и придонных вод приведены в табл. 1. Следует отметить, что полученные значения по концентрации ионов в изученных пробах воды озера и придонной воды попали в область нижних границ определяемых содержаний, что повышает уровень погрешности определений до 10 %.
Таблица 1
Результаты химических анализов проб воды из оз. Байкал
№ станции № пробы Объект исследования Дата отбора пробы Глубина отбора (по эхолоту), м Содержание ионов, мг/дм3 мг-экв/дм3 %-экв Общая минера- лизация, мг/дм3 pH
N8+ К+ Са2+ Мд2+ СІ- Э042- нсо3-
Средний состав воды оз. Байкал (по данным [7]) 4,1 0,18 14 2,1 0,02 4 15,7 0,78 62 3,0 0,25 20 0,7 0,02 2 5,0 0,10 8 68,3 1,12 90 98,9 7,6
1 1 Вода оз. Байкал, р-н в. Маленький 16.07.08 0 5,09 0,22 14,7 1,31 0,03 2,2 15,18 0,76 50,5 5,99 0,49 32,6 9,05 0,26 18,7 1,65 0,03 2,2 67.10 1.10 79,1 105,4 6,6
1 2 Вода оз. Байкал, р-н в. Маленький 16.07.08 400 5,33 0,23 15,5 1,30 0,03 2,2 13,95 0,7 46,8 6,49 0,53 35,4 10,73 0,30 21,7 0,82 0,02 1,4 64,66 1,06 76,8 103,3 6,8
1 3 Вода придонная, р-н в. Маленький 16.07.08 1300 5,78 0,25 17,9 1,74 0,04 3,2 13,13 0,66 46,9 5,49 0,45 32,0 10,06 0,28 19,4 5,76 0,12 8,2 64,66 1,06 72,4 106,6 6,9
1 4 Вода придонная, р-н в. Маленький 16.07.08 1364 6,24 0,27 18,5 1,79 0,05 3,1 13,13 0,66 45,0 5,99 0,49 33,4 9,55 0,27 20,6 0,82 0,02 1,5 62,22 1,02 77,9 99,7 6,8
1 5 Вода придонная, р-н в. Маленький 16.07.08 1364 6,18 0,27 17,7 1,87 0,05 3,2 12,72 0,63 41,5 6,99 0,57 37,6 8,72 0,25 19,5 1,65 0,03 2,3 61,00 1,00 78,1 99,1 7,2
1 6 Вода придонная, из пробоотборника с гидратсодержащим осадком 16.07.08 1364 18,95 0,82 43,9 2,02 0,05 2,8 10,67 0,53 28,3 5,74 0,47 25,1 18,60 0,52 28,7 2,88 0,06 3,3 75,64 1,24 68,0 134,5 7,3
2 7 Вода придонная, р-н с. Голоустное 17.07.08 518 6,19 0,27 18,5 1,46 0,04 2,6 14,77 0,74 50,8 4,99 0,41 28,1 9,72 0,27 20,6 0,01 0,00 0,0 63,44 1.04 79.4 100,6 6,7
Согласно полученным данным пробы воды на обеих станциях (табл. 1, №№ 1-5 и 7) близки по химическому составу. По преобладающим ионам изученные воды характеризуются как хлоридно-гидрокарбонатные натриево-магниево-кальциевые. Общая минерализация составляет 99-107 мг/дм3, реакция вод - нейтральная. Состав вод выражается формулой:
НС0377С1208043
М --------3---------—
0,10 Са47Ме33Ка17К3'
По имеющимся данным [7] воды самого Байкала относятся к гидрокарбонатно-натриевому типу и имеют состав, выражаемый формулой
„ НС03 9080,8012
М --------3-----4-----
010 Са62Ме20№14К4'
В целом по составу и минерализации исследованные воды близки среднему составу и минерализации вод озера (первая строка табл. 1). Однако согласно данным табл. 1 воды, полученные на обеих станциях, по концентрациям основных ионов отличаются от вод Байкала. Так, концентрация хлора в них составляет 9-11 мг/дм3, в то время как в среднем для Байкала характерно содержание хло-
ра 0,7 мг/дм3. Магний во всех исследованных пробах (в том числе и в пробе воды, поднятой вместе с донным осадком) присутствует в количестве 5-7 мг/дм3 при фоновых концентрациях магния в воде озера - 3 мг/дм3. Ион натрия обнаружен в количестве 5-6 мг/дм3 при фоновых значениях 3-4 мг/дм3. Таким образом, отобранные на станциях воды обогащены по ионам хлора в 13-16 раз, по натрию - в 1,5 раза и по магнию - в 2 раза. В то же время концентрации основного катиона байкальских вод -кальция - в изученных водах понижены.
Вода, отобранная из пробоотборника при подъеме донных отложений, содержащих газовые гидраты, очевидно, представлена смесью придонной воды Байкала, поровой воды самой верхней части донных отложений и воды газогидрата (табл. 1, проба № 6). Данная проба воды по составу и минерализации заметно отличается от проб водной толщи озера. По сравнению с последними ее минерализация повышена на 30 %. Состав воды - хлоридно-гидрокарбонатный магниево-кальциевонатриевый, выражается формулой
НС0368С1298043
М --------3--------4—
0,13 №44Са28Ме25К3'
В катионном составе этой пробы воды доминирует ион натрия. Относительно среднего (фонового) состава вод Байкала (первая строка табл. 1) вода, отобранная при подъеме гидратсодержащих отложений, в 27 раз обогащена ионами хлора. Содержание магния - аналогично среднему содержанию этого элемента в водной толще озера в изученном районе. В то же время содержание кальция понижено как относительно фоновых вод Байкала, так и относительно его содержания в поверхностных и придонных водах озера на данной станции.
Таким образом, все пробы воды, отобранные на станциях, являются аномальными по отношению к фоновому составу вод озера. Судя по однотипности состава вод на всех исследованных глу -бинах, аномалия охватывает всю толщу воды. Насколько велика площадь распространения аномальных вод, неизвестно. Согласно данным других исследователей, водная масса оз. Байкал отличается исключительным постоянством содержания главных ионов как в разных котловинах, так и по глубине. В то же время в составе придонных вод озера даже для близко расположенных точек наблюдений установлены значительные отличия [5, 16]. При этом в зонах разломов, в районах развития гидротермальных источников на дне озера отмечаются не только латеральные изменения, но и сезонные колебания в составе придонных вод. Таким образом, можно сделать вывод, что выявленная аномалия отражает некоторые геологические процессы, вероятно, эпизодически происходящие в зонах разломов. По данным авторов статьи, маркером этих процессов являются хлориды натрия и магния. Стабильность аномального состава изученных вод по всей толще водной массы озера указывает либо на масштабность выходов, либо на длительную разгрузку флюида по разломам. Поскольку исследованные пробы имели повышенную минерализацию даже при смешении с водой озера, то очевидно, что поступающий по разломам и зонам повышенной проницаемости раствор изначально должен был иметь значительно большую минерализацию, чем воды Байкала.
Известно, что поровые воды осадков оз. Байкал на некоторых станциях также характеризуются аномальным составом. Так, поровые воды донных отложений на станциях, расположенных вдоль тектонических разломов и в районах действия подводных гидротермальных источников, в отдельных случаях на 1-2 порядка обогащены рядом макрокомпонентов [4, 5, 11]. Предполагается, что в южной котловине Байкала на состав поровых вод оказывают влияние воды реликтовых соленых озер дельты Селенги [4]. Косвенным свидетельством меры солености глубинных вод в районе вулкана Маленький может служить химический состав воды, отобранной совместно с донным осадком (табл. 1, проба № 6). По сравнению с водами вертикальной водной аномалии вода, отобранная при подъеме гидратсодержащих отложений, наиболее обогащена хлоридами и гидрокарбонатами натрия.
Наличие гидрохимических аномалий в водной толще озера как по изменению концентраций отдельных ионов, так и по минерализации вод различными исследователями неоднократно отмечалось и ранее. При этом состав аномальных вод, как отмечено выше, меняется и во времени. Так, в Северной котловине Байкала при отборе проб с подводного аппарата «Пайсис» непосредственно над гидротермальным выходом в составе придонной воды обнаружены повышенные концентрации натрия и сульфатов (до 5 и 10 мг/дм3) [2]. По данным Л.З. Граниной и др. [5], в районе гидротермаль-
ного выхода в бухте Фролиха мощность очагов разгрузки и фиксируемых аномалий меняется от года к году. Вполне возможно, что зафиксированные в июле 2008 г. гидрохимические аномалии в районе вулкана Маленький являются отражением активности разломов и грязевых вулканов в Южной котловине озера.
Не менее заметные отличия установлены и для изотопного состава кислорода и водорода исследованных вод. Изучение изотопного состава вод Байкала проводилось многими исследователями с целью климатических реконструкций, для определения генезиса вод термальных источников, наблюдаемых как в прибрежной зоне, так и на дне озера, а также с целью определения источника воды, участвующей при формировании газогидратов [3-5, 9, 10, 16-19]. По данным различных авторов, диапазон установленных значений 5Б и 518О для самого озера и различных водопроявлений района составляет (-50) ^ (-213) и (-7) ^ (-25) %о (8МО1 соответственно. Изотопный состав кислорода и водорода вод атмосферных осадков и вод речной сети района в координатах «5Б-518О» составляет линию локальных метеорных вод, расположенную правее прямой Крейга и характеризуемую зависимостью 5Б = 8*518О + 5 %о (8МО1 [19]. Для изотопного состава вод Байкала в указанных работах приводятся различные характеристики (5Б оценивается от -120 до -165 %о, 518О - от -17 до -15 %о), что, очевидно, связано с различными методами анализа (фотонейтронным, масс-спектрометрическим), способами подготовки проб (уравновешивание с Н2, редукция воды на уране, хроме и цинке) и объемом проведенных исследований. Тем не менее, всеми авторами отмечаются выдержанность изотопного состава водной толщи Байкала и значительные отличия состава вод термальных источников, поровых вод и газогидратов от воды озера. Наиболее представительные данные по изотопному составу воды Байкала приведены в работе Сила и Шенкса [18]. Согласно этим авторам изотопный состав воды озера как по площади акватории, так и по глубине довольно выдержан и характеризуется значениями 5Б = -123 и 518О = -15,8 %о (8МО1). По этим же данным диапазон величин 5Б и 518О рек района составляет (-96) ^ 158 и (-11) ^ (-22) %о соответственно. С учетом баланса массы поставляемых вод средневзвешенный изотопный состав вод гидросети региона имеет значения 5Б = -117 и 518О = -15,5 %о (8МО1), при этом изотопный состав воды р. Селенга, дающей более половины общего речного стока в озеро, характеризуется значениями 5Б = -103,6 и 518О = -13,5 %о ^МО1^.
Результаты изотопных исследований
С целью определения источника воды газогидратов и механизма их формирования авторами был изучен изотопный состав поверхностных и придонных вод оз. Байкал, поровых вод осадков и воды газогидрата (рис. 2), отобранных в районе грязевого вулкана Маленький. Для изучения поровых вод осадков отбиралась средняя часть керна. Осадки, содержащие газовые гидраты, были представлены илом и темно-серой глиной с примазками светлого (взможно, карбонатного) вещества.
Поровые воды осадков получены центрифугированием образцов при 8 тыс. об ./мин в течение 20 минут с последующей фильтрацией воды через стерильные мембранные фильтры МШех-УУ МИНроге 0,1 цш. Изотопный анализ проводился на масс-спектрометре МИ-1201-М. Состав кислорода анализировался по стандартному СО2, уравновешенного с изучаемой пробой в кварцевом реакторе. Уравновешивание проводилось в термостате в течение двух суток при температуре 25 °С. Изотопный состав водорода анализировался в форме Н2, выделенного из проб редукцией воды в запаянных ампулах из молибденового стекла на горячем цинке (400 °С) с добавкой бромида свинца для активации реакции. Измерения проводились компенсационным методом относительно кислорода и водорода воды стандарта. Результаты исследований приведены в относительных единицах 5 (%о), определяемые как отклонение изотопного состава кислорода и водорода образца от изотопного состава этого же элемента в воде стандарта. При изучении изотопного состава кислорода и водорода воды использовался международный стандарт У-8МО1 (венский стандарт средней океанической воды). Ошибка измерений составила ± 0,2 %о для кислорода и ± 2 %о - для водорода. Результаты исследований приведены в табл. 2 и на рис. 3.
Рис. 2. Образец газогидрата вулкана Маленький (фото С.Б. Короткова)
Таблица 2
Результаты изотопных масс-спектрометрических исследований кислорода и водорода газогидрата вулкана Маленький,
поровых вод осадков и воды оз. Байкал
№ п/п Объект исследования Место отбора Глубина (по эхолоту), м Дата отбора Изотопный состав воды (SMOW)
SD, %о 818О, %
1 Вода озера Оз. Байкал 0 16.07.2008 -138 -17,2
2 Вода озера Оз. Байкал 400 16.07.2008 -135 -16,8
3 Вода придонная Район вулкана Маленький, 40 см верхней части рыхлого илового осадка 1300 16.07.2008 -136 -16,8
4 Вода придонная Район вулкана Маленький, из пробоотборника 1300 16.07.2008 -136 -16,9
5 Вода придонная Вулкан Маленький, из пробоотборника 1364 16.07.2008 -134 -16,8
6 Вода придонная Вулкан Маленький, из пробоотборника с гидратсодержащим осадком 1364 16.07.2008 -135 -16,9
7 Вода придонная Оз. Байкал, р-н с. Голоустное 518 17.07.2008 -138 -17,2
8 Вода придонная Вулкан Маленький, из пробоотборника 1364 16.07.2008 -137 -17,1
9 Поровая вода Вулкан Маленький, гидратсодержащий осадок с карбонатной коркой 1364 16.07.2008 -131 -15,9
10 Поровая вода Район вулкана Маленький, глина плотная, 40 см верхней части осадка 1364 16.07.2008 -161 -20,7
11 Вода газогидрата Вулкан Маленький, газогидрат 1364 16.07.2008 -127 -15,5
Согласно табл. 2 все изученные воды обладают изотопно-легким составом, располагаются вдоль линии метеорных вод (рис. 3) и при этом по характеристикам отвечают изотопному составу атмосферных осадков данной климатической зоны.
Полученные значения 5Э и 518О с определенностью указывают на метеогенное происхождение всех изученных водопроявлений.
Поверхностные воды Байкала на изученных станциях, воды из средней части водной толщи озера, а также придонные воды, отобранные на разных станциях, принадлежат зоне свободного водообмена и могут рассматриваться как фоновые для данного района. По изотопному составу кислорода и водорода эти воды практически идентичны (табл. 2, № 1-8), что говорит об интенсивной кон -векции вод озера в изученном районе. В то же время для изотопного состава вод Байкала, поровых вод осадков и воды газогидрата грязевого вулкана Маленький установлены значительные отличия.
Состав поровой воды плотного глинистого осадка, отобранного из отложений грязевого вулкана Маленький на площади развития газогидратов, характеризуется повышенным содержанием легких изотопов (рис. 3, № 10). Изотопный состав поровой воды указывает на ее метеогенное происхождение, а также на то, что ее источником является инфильтрационная вода горных вершин рай-
она. Очевидно, это вода донной разгрузки, поступившая в придонную часть озера по зонам повышенной проницаемости и зонам разломов и проникшая в осадок под гидростатическим давлением.
В противоположность описанной поровая вода, центрифугированная из отложений, содержащих газовые гидраты, характеризуется повышенным содержанием тяжелых изотопов (рис. 3, № 9). Изотопный состав этой воды наиболее близок к изотопному составу воды газогидрата и, скорее всего, данные воды принадлежат к одному генетическому типу. Отметим, что в составе этих осадков установлены включения карбонатов, и, по мнению некоторых исследователей, данные отложения являются вулканической брекчией. При этом показательно, что описанная выше придонная вода, отобранная одновременно с подъемом гидратсодержащего осадка (табл. 1, № 6; табл. 2, № 6 и рис. 3), характеризуется повышенной минерализацией и отличным химическим составом как относительно фоновых вод озера, так и придонных вод, отобранных в данном районе.
Из всех изученных водопроявлений вода собственно газового гидрата вулкана Маленький (рис. 2) наиболее обогащена тяжелыми изотопами (рис. 3, табл. 2, № 11). Теоретически вода с таким изотопным составом могла сформироваться из захороненных вод самого Байкала, при фазовом переходе «вода-пар» из инфильтрационных метеогенных вод района, а также при изотопном обмене кислорода и водорода воды с водородом метана и кислородом вмещающих отложений (захороненных сульфатов и карбонатов). Механизм формирования наблюдаемого изотопного состава воды в системах «Н20-СН4» и «Н20-вмещающие породы» маловероятен, поскольку для эффективного фракционирования здесь необходимы превышение (по массе) газа над массой воды, а также высокие (выше 200 °С) температуры.
Механизм изотопного фракционирования в системе «вода-пар» предполагает возможность кон -вективной модели циркуляции вод, когда проникающие на глубину поверхностные воды и воды озера перегреваются, при этом разгрузка парообразной (изотопно-легкой) и жидкой (изотопно-тяжелой) фаз происходит либо на различных участках дна, либо в одной зоне, но дискретно по времени. Возможно, более легкий изотопный состав поровой воды плотного глинистого осадка (рис. 3, № 10) и тяжелый состав воды газогидрата и поровой воды гидратсодержащего осадка (рис. 3, № 10, 11), развитых на одной площади, отражают именно такой механизм их формирования. Согласно коэф -фициентам изотопного фракционирования конечная температура в момент разделения парообразной и жидкой фаз воды составляла 70-80 °С. Отметим, что более тяжелый изотопный состав воды газогидратов и более легкий состав поровых вод из сопутствующих им осадков, по сравнению с изотопным составом фоновых (придонных) вод, установлен и в других частях Байкала, в частности в центральной впадине озера [17].
Из допущения указанного механизма формирования изотопного состава воды газогидратов метан должен проникать в зону стабильности гидратов по зонам разгрузки совместно с жидкой фазой фракционированной воды. В этом случае формирование газогидратов происходит при адиабатическом процессе. Находящаяся под большим давлением минерализованная газоводяная смесь прорывается по проницаемым зонам (зонам разломов) и внедряется в неконсолидированный осадок, образуя грязевулканическую брекчию. При резком спаде давления углеводородных газов и воды, проникающих в приповерхностные зоны, происходит переохлаждение и кристаллизация газоводяной смеси с образованием газогидратов. Изотопно-легкая и деминерализованная фракция паров воды совместно с углеводородными газами проникает в придонную часть озера по зонам относительно низкой проницаемости. Поскольку проникновение данной фракции газоводяной смеси в осадки происходит медленно, адиабатического эффекта здесь не наблюдается, газ рассеивается, а вода, кон -денсируясь, формирует поровую воду осадков.
Выводы
Поверхностные и придонные воды оз. Байкал в изученном районе характеризуются повышенной минерализацией и отличаются от среднего состава вод озера химическим составом. Аномальный состав вод может отражать геологические процессы, происходящие в зонах разломов, и флюидную активность на данной площади. Изотопный состав поверхностных вод, поровых вод осадков и воды газогидрата в пределах участка грязевого вулкана Маленький также значительно отличается, что
-25 -20 -15 -10 -5 0 +5 +10
Условные обозначения:
О вода океанов (V-SMOW) Q придонная и поверхностная вода оз. Байкал
поровая вода осадков ^ вода газогидрата вулкана Маленький
Рис. 3. Изотопный состав кислорода и водорода воды оз. Байкал, поровых вод осадков и воды газогидрата грязевого
вулкана Маленький
указывает на различные источники вод и разные механизмы их формирования. Полученные данные свидетельствуют об эффективном фракционировании изотопов воды при ее фазовых превращениях. Отличия в изотопном составе позволяют использовать геохимические характеристики вод при моделировании процесса формирования залежей газогидратов. Исходя из полученных данных вода газовых гидратов на площади грязевого вулкана Маленький может быть представлена как метеоген-ными инфильтрационными водами прилегающей горной страны, так и водой самого озера, перегреваемых в процессе циркуляции вод по зонам разломов. При этом изотопно-тяжелая фракция воды в донных отложениях является признаком развития газогидратов.
Список литературы
1. Гинсбург Г.Д. Геологические модели газогидратообразования / Г.Д. Гинсбург, В.А. Соловьев // Литология и полезные ископаемые. - № 2. -1990. - С. 76-87.
2. Гранина Л.З. Особенности биогеохимии донных осадков в районе гидротермального проявления на Байкале / Л.З. Гранина, Е. Каллендер, Ж. Клеркс и др. // Геохимия ландшафтов, палеоэкология человека и этногенез: матер. межд. симпозиума (Улан-Удэ, 6-11 сент. 1999 г.). - Улан-Удэ, 1999. - С. 297-299.
3. Гранина Л.З. Изотопы кислорода и водорода в поровых водах донных осадков Байкала / Л.З. Гранина, Е. Каллендер, Я. Клеркс и др. // Матер. XVII симпозиума по геохимии изотопов им. акад. А.П. Виноградова. - М., 2о04. - С. 72-74.
4. Гранина Л.З. Аномалии состава поровых вод донных осадков Байкала/ Л.З. Гранина. Е. Каллендер, И.С. Ломоносов и др. // Геология и геофизика. - 2001. - Т. 42. - С. 362-372.
5. Гранина Л.З. Особенности донных осадков и поровых вод в районе гидротермального проявления на Байкале (бухта Фролиха) / Л.З. Гранина, Ж. Клеркс, Е. Каллендер и др. // Геология и геофизика. - 2007. - Т. 48. - № 3. - С. 305-316.
6. Ершов Э.Д. Особенности существования газовых гидратов в криолитозоне / Э.Д. Ершов, Ю.П. Лебеденко, Е.М. Чувилин и др. // Докл. Академии наук СССР. - 1991. - Т. 321. - № 4. -С.788-791.
7. Зверев В.П. Гидрогеохимия осадочного процесса / В.П. Зверев // Тр. ГИН РАН. - Вып. 477. -М.: Наука, 1993. - 176 с.
8. Калмычков Г.В. Генетические типы метана озера Байкал / Г.В. Калмычков, А.В. Егоров, М.И. Кузьмин и др. // Докл. Академии наук. - 2006. - Т. 411. - № 5. - С. 672-675.
9. Клеркс Я. Гидраты метана в поверхностном слое глубоководных осадков озера Байкал / Я. Клеркс, Т.И. Земская, Т.В. Матвеева и др. // Докл. Академии наук. - 2003. - Т. 393. - № 6. -С. 822-826.
10. Пиннекер Е.В. Значение изотопных определений при изучении месторождений подземных вод (на примере Восточной Сибири) / Е.В. Пиннекер // Месторождения подземных вод Иркутской области. - Л.: Недра, 1974. - С. 14-31.
11. Погодаева Т.В. Особенности химического состава поровых вод донных отложений различных районов озера Байкал / Т.В. Погодаева, Т.И. Земская, Л.П. Голобокова и др. // Геология и геофизика. - 2007. - Т. 48. - № 11. - С. 1144-1160.
12. Чувилин Е.М. Фазовые переходы воды в газонасыщенных грунтах / Е.М. Чувилин, Е.В. Перлова, Н.А. Махонина и др. // Геология и геофизика. - 2002. - Т. 43. - № 7. - С. 689-697.
13. Якушев В.С. Формирование скоплений природного газа и газовых гидратов в криолитозоне: автореф. д-ра геол.-минерал. наук / В.С. Якушев. - М.: Газпром ВНИИГАЗ, 2009.
14. Englezos P Clathrate hydrates // Ind. Eng. Chem. Res., 1993, 32 (7), pp. 1251-1274.
15. Li Zheng et al. A model for simulating deepwater oil and gas blowouts - Part I: Theory and model formulation // Journal of Hydraulic Research Vol. 41, №. 4 (2002), pp. 339-351.
16. Matveeva T.V., Kaulio V.V., Mazurenko L.L. et al. Geological and geochemical characteristic of near-bottom gas hydrate occurrence in the southern basin of the Lake Baikal, Eastern Siberia // VI Intern. Conf. Gas in Marine Sediments. St. Petersburg (Russia), 2000, p. 91-93.
17. Minami H., Hachikubo A., Krylov A., Sakagami H., Ohashi M., Bai J., Kataoka S., Yamashita S., Takahashi N., Kitami H., Khlystov O., Zemskaya T., Grachev M. Chemical and isotopic characteristics of gas hydrate- and pore- water samples obtained from gas hydrate-bearing sediment cores retrieved from a mud volcano in the Kukuy canyon, lake Baikal // Proceedings of the 6-th International Conference on Gas Hydrates (ICGH 2008), Vancouver, CANADA, 2008.
18. Seal R.R. II, Shanks W.C. III. Oxygen and hydrogen isotope systematics of Lake Baikal, Siberia: implication for paleoclimate studies // Limnol. Oceanogr., 1998, v. 43, p. 1251-1261.
19. Shanks W.C. III, Callender E. Thermal springs in Lake Baikal // Geology, 1992, v. 20, p. 495-497.
