Условия, механизм и стадии развития пингоподобных форм на шельфе Печорского моря

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

На основе результатов многолучевого эхолотирования и сейсмического профилирования, выполненных в 2018–2019 гг. в рамках научных рейсов НИС “Академик Николай Страхов”, с привлечением всех ранее опубликованных данных разработана концептуальная схема образования пингоподобных форм на шельфе Печорского моря (юго-восточная часть акватории Баренцева моря между островами Колгуев и Вайгач). При интерпретации генезиса рельефа дна на полигоне площадью около 12 км² использованы как полученные авторами новые геофизические данные, так и материалы бурения, опубликованные ранее. Установлено, что образование пингоподобных форм на дне происходит при наличии многолетнемерзлых пород в условиях отрицательных температур придонных вод под действием потока флюидов из недр. Основной причиной возникновения пингоподобных форм является образование зон аномально высокого пластового давления в толще или ниже подошвы многолетней мерзлоты в результате миграции флюидов к поверхности дна. Образованию пингоподобных форм предшествует появление валообразного поднятия дна за счет выдавливания пластично-мерзлых глинистых толщ к приповерхностной части разреза. В дальнейшем в результате нарушения сплошности и частичного оттаивания многолетней мерзлоты на своде валообразного поднятия начинается рост пингоподобной формы, представляющей собой грязевулканическую постройку. Миграция газа по вертикальному каналу к вершинному кратеру может сопровождаться промерзанием слагающих пингоподобную форму глинистых осадков в результате дроссельного эффекта Джоуля‒Томпсона. Истекающие из вершинного кратера грязевые массы могут промерзать на склонах пингоподобной формы в результате охлаждения содержащейся в них пресной воды в условиях отрицательных придонных температур. Увеличение размера грязевулканической постройки приводит к снижению давления близ подошвы деградирующей под действием флюидопотока многолетней мерзлоты, что приводит к постепенному оседанию валообразных поднятий дна и возникновению компенсационных впадин. По результатам повторного мониторинга газопроявлений установлено, что более половины пингоподобных форм на обследованном полигоне в настоящее время являются действующими каналами миграции флюидов из недр к поверхности дна и в водную толщу.

Об авторах

Е. А. Еременко

Геологический институт РАН; Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

Автор, ответственный за переписку.
Email: eremenkoeaig@gmail.com

географический факультет

Россия, Москва; Москва

А. В. Кохан

Геологический институт РАН

Email: eremenkoeaig@gmail.com
Россия, Москва

Е. А. Мороз

Геологический институт РАН

Email: eremenkoeaig@gmail.com
Россия, Москва

А. П. Денисова

Геологический институт РАН; Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

Email: eremenkoeaig@gmail.com

географический факультет

Россия, Москва; Москва

С. Ю. Соколов

Геологический институт РАН

Email: eremenkoeaig@gmail.com
Россия, Москва

А. Д. Мутовкин

Институт океанологии имени П.П. Ширшова РАН

Email: eremenkoeaig@gmail.com
Россия, Москва

Список литературы

  1. Атлас: геология и полезные ископаемые шельфов России. (2004). М.: ГИН РАН. 108 с.
  2. Бондарев В. Н., Рокос С. И., Костин Д. А. и др. (2002). Подмерзлотные скопления газа в верхней части осадочного чехла Печорского моря. Геология и геофизика. Т. 43. № 7. С. 587—598.
  3. Денисова А. П., Мороз Е. А., Еременко Е. А. и др. (2022). Признаки дегазации в области распространения ледникового и водно-ледникового рельефа в северо-восточной части Баренцевоморского шельфа. В сб.: Рельеф и четвертичные образования Арктики, Субарктики и Северо-Запада России. Вып. 9. СПб: ВНИИОкеангеология им. И. С. Грамберга. С. 78—86. https://doi.org/10.24412/2687-1092-2022-9-78-86
  4. Кохан А. В., Мороз Е. А., Еременко Е. А. и др. (2022). Морфология пингоподобных форм на шельфах морей Печорского и Карского как индикатор их возраста и динамики. В сб.: Рельеф и четвертичные образования Арктики, Субарктики и Северо-Запада России. Вып. 9. СПб: ВНИИОкеангеология им. И. С. Грамберга. С. 143—148. https://doi.org/10.24412/2687-1092-2022-9-143-148
  5. Кохан А. В., Мороз Е. А., Еременко Е. А. и др. (2023). Флюидогенный рельеф районов распространения многолетней мерзлоты на шельфе Печорского и Карского морей. Вестник Московского университета. Сер. 5. География. Т. 78. № 3. С. 104—124. https://doi.org/10.55959/MSU0579-9414.5.78.3.9
  6. Крапивнер Р. Б. (2007). Признаки неотектонической активности Баренцевоморского шельфа. Геотектоника. № 2. C. 73—89.
  7. Мельников В. П., Спесивцев В. И. (1995). Инженерно-геологические и геокриологические условия шельфа Баренцева и Карского морей. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние. 194 с.
  8. Мельников В. П., Федоров К. М., Вольф А. А., Спесивцев В. И. (1998). Анализ возможного сценария образования придонных ледяных бугров на шельфе Печорского моря. Криосфера Земли. Т. 11. № 4. С. 51—57.
  9. Методическое руководство по составлению и подготовке к изданию листов государственной геологической карты Российской Федерации масштаба 1:1 000 000 (третьего поколения). (2009). СПб: ВСЕГЕИ. 198 с.
  10. Миронюк С. Г. (2020). Флюидогенные образования: обоснование выделения новой генетической группы рельефа морского дна. В сб.: VIII Щукинские чтения: рельеф и природопользование. Материалы Всероссийской конференции с международным участием. М.: МГУ. С. 37—43.
  11. Миронюк С. Г., Иванова А. А., Хлебникова О. А. (2019а). Флюидогенные формы рельефа как индикаторы нефтегазоносности недр шельфа. В сб.: Труды VII Международной научно-практической конференции “Морские исследования и образование (MARESEDU-2018)”. Т. II (IV). Тверь: ООО “ПолиПРЕСС”. С. 120—125.
  12. Миронюк С. Г., Колюбакин А. А., Голенок О. А. и др. (2019б). Грязевулканические структуры (вулканоиды) Карского моря: морфологические особенности и строение. В сб.: Геология морей и океанов: Материалы XXIII Международной научной конференции (Школы) по морской геологии. М.: ИО РАН. Т. 5. С. 192—196.
  13. Рокос С. И. (1996). Стратиграфия и геохронология четвертичных отложений мелководного шельфа Печорского и Карского морей по данным инженерно-геологического бурения. В сб.: Тезисы междунар. конф. “Эволюция биологических процессов и морские экосистемы в условиях океанического перигляциала”. Мурманск: ММБИ. С. 22—23.
  14. Система Баренцева моря. (2021). Под ред. А. П. Лисицына. М.: ГЕОС. 671 с.
  15. Хант Дж. (1982). Геохимия и геология нефти и газа. М.: МИР. 706 с.
  16. Blasco S., Bennett R., Brent T. et al. (2013). 2010 State of Knowledge: Beaufort Sea seabed geohazards associated with offshore hydrocarbon development. Geol. Surv. Can. Open File 6989. 340 p. https://doi.org/10.4095/292616
  17. Bogoyavlensky V., Kishankov A., Yanchevskaya A. et al. (2018). Forecast of Gas Hydrates Distribution Zones in the Arctic Ocean and Adjacent Offshore Areas. Geosciences. V. 8. № 12. 453. https://doi.org/10.3390/geosciences8120453
  18. Diak M., Böttcher M. E., Ehlert von Ahn C. M. et al. (2023). Permafrost and groundwater interaction: current state and future perspective. Front. Earth Sci. V. 11. https://doi.org/10.3389/feart.2023.1254309
  19. Frederick J. M., Buffett B. A. (2015). Effects of submarine groundwater discharge on the present-day extent of relict submarine permafrost and gas hydrate stability on the Beaufort Sea continental shelf. J. Geophys. Res.: Earth Surf. V. 120. Iss. 3. https://doi.org/10.1002/2014JF003349
  20. Frederick J. M., Buffett B. A. (2016). Submarine groundwater discharge as a possible formation mechanism for permafrost-associated gas hydrate on the circum-Arctic continental shelf. J. Geophys. Res. Solid Earth. V. 121. Iss. 3. P. 1383—1404. https://doi.org/10.1002/2015JB012627.
  21. Grob H., Riedel M., Duchesne M. J. et al. (2023). Revealing the extent of submarine permafrost and gas hydrates in the Canadian Arctic Beaufort Sea using seismic reflection indicators. Geochem., Geophys., Geosyst. V. 24. Iss. 5. e2023GC010884. https://doi.org/10.1029/2023GC010884
  22. Gwiazda R., Paull C. K., Dallimore S. R. et al. (2018). Freshwater seepage into sediments of the shelf, shelf edge, and continental slope of the Canadian Beaufort Sea. Geochem., Geophys., Geosyst. V. 19. Iss. 9. P. 3039—3055. https://doi.org/10.1029/2018GC007623
  23. Overduin P., Von Deimling T. S., Miesner F. et al. (2019). Submarine permafrost map in the Arctic modeled using 1-D transient heat flux (SuPerMAP). J. Geophys. Res.: Oceans. V. 124. Iss. 6. P. 3490—3507. https://doi.org/10.1029/2018JC014675
  24. Paull C. K., Dallimore S. R., Jin Y. K. et al. (2022). Rapid seafloor changes associated with the degradation of Arctic submarine permafrost. PNAS. V. 119. № 12. https://doi.org/10.1073/pnas.2119105119
  25. Paull C. K., Lii W. U., Dallimore S. R. et al. (2007). Origin of pingo-like features on the Beaufort Sea shelf and their possible relationship to decomposing methane gas hydrates. Geophys. Res. Lett. V. 34. L01603. https://doi.org/10.1029/2006GL027977.
  26. Poley D. F. (1982). A detailed study of a submerged pingo-like feature in the Canadian Beaufort Sea (Arctic, Canada). Dalhousie University, Department of Geology. 105 p.
  27. Portnov A., Smith A. J., Mienert J. et al. (2013). Offshore permafrost decay and massive seabed methane escape in water depths >20m at the South Kara Sea shelf. Geophys. Res. Lett. V. 40. https://doi.org/10.1002/grl.50735
  28. Serov P., Portnov A., Mienert J. et al. (2015). Methane release from pingo-like features across the South Kara Sea shelf, an area of thawing offshore permafrost. J. Geophys. Res.: Earth Surf. V. 120. Iss. 8. P. 1515—1529. https://doi.org/10.10022015JF003467
  29. Shearer J. M., Macnab R. F., Pelletier B. R., Smith T. B. (1971). Submarine pingoes in the Beaufort Sea. Science. V. 174. № 4011. P. 816—818.
  30. Van Rensbergen P., Rabaute A., Colpaert A. et al. (2007). Fluid migration and fluid seepage in the Connemara Field, Porcupine Basin interpreted from industrial 3D seismic and well data combined with high-resolution site survey data. Int. J. Earth Sci. V. 96. Iss. 1. P. 185—197. https://doi.org/10.1007/s00531-005-0021-2
  31. Weatherall P., Marks K. M., Jakobsson M. et al. (2015). A new digital bathymetric model of the world’s oceans. Earth and Space Sci. V. 2. Iss. 8. P. 331—345. https://doi.org/10.1002/2015EA000107

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Местоположение полигона. Батиметрическая основа по данным GEBCO_2014 (Weatherall et al., 2015). 1 — расположение района работ.

Скачать (224KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Рельеф полигона: (а) — ЦМР и положение профиля А–Б, представленного на рис. 3, белым пунктиром выделены врезки, представленные на рис. 4; (б) — геоморфологическое строение дна и результаты повторной съемки газопроявлений в водной толще. 1 — выровненные поверхности аллювиально-морской равнины; 2 — валообразные поднятия; 3 — впадины; 4 — рвы на гребнях валов; 5 — газопроявления факельного типа в водной толще над ППФ (размер круга соответствует размеру ППФ): а — не установлены, так как ППФ не пересекалась галсом съемки; б — отсутствуют; выявлены: в — в 2018 г., г — в 2019 г., д — в 2018 и 2019 гг.; 6 — компенсационные впадины вокруг ППФ; 7 — газопроявления в водной толще вне ППФ (выявлены: а — в 2018 г., б — в 2019 г., в — в 2018 и 2019 гг.); 8 — области наибольшей плотности акустических аномалий, связанных с подъемом флюида в водной толще; 9 — буровые скважины, описанные в (Бондарев и др., 2002).

Скачать (663KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Сейсмостратиграфия донных осадков на участке распространения ППФ вдоль линии профиля А–Б (положение профиля показано на рис. 2). Разрезы, полученные: (а) — методом высокочастотного акустического профилирования, (б) — с помощью спаркера (римскими цифрами показаны ССK, упоминаемые в тексте (а – локальные высокоамплитудные участки в толще ССКIV); (в) — результаты интерпретации сейсмоакустических данных; (г) — разрез, полученный методом высокочастотного сейсмического профилирования с применением программного усиления для отображения газопроявлений в водной толще.

Скачать (781KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Морфология и внутреннее строение валов (а), впадин (б) и пингоподобных форм (в, г) (местоположение участков показано на рис. 2, (а)). Для каждого участка приведен фрагмент ЦМР и соответствующий профиль, полученный методом высокочастотного сейсмического профилирования. Цифрами на профилях (т. 1—3) показаны формы рельефа (впадины, валы, ППФ), упоминаемые в тексте.

Скачать (928KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Стадии формирования ППФ: (а) — начала формирования зоны АВПД, (б) — зарождения валообразного поднятия дна, (в) — развитого валообразного поднятия дна, (г) — “молодости” ППФ, (д) — “зрелости” ППФ и опускания вала. 1 — лютовулканиты голоценового возраста (H); 2 — морские осадки голоценового (H) и сартанского (IIIsr) возраста; 3 — морские и аллювиальные осадки сартанского (IIIsr) возраста; 4 — морские отложения каргинско-казанцевского (IIIkr+kz) возраста; 5 — направления миграции флюидов, содержащих газ и пресную воду; 6 — кровля ММП; 7 — подошва ММП; 8 — участки нарушения сплошности ММП и газонасыщения; 9 — трещины в ММП; 10 — осадки песчаного/супесчаного состава; 11 — шлиры пресного сегрегационного льда; 12 — субмаринные сингенетические ММП; 13 — подъем флюидов и взвеси в водной толще; 14 — зона аномально высокого пластового давления.

Скачать (699KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024