ОКЕАНОЛОГИЯ, 2015, том 55, № 3, с. 432-443
МОРСКАЯ ГЕОЛОГИЯ
УДК 549.761.31:549.742.11(265.53)
ПРОЯВЛЕНИЕ КАРБОНАТНО-БАРИТОВОЙ МИНЕРАЛИЗАЦИИ В РАЙОНЕ МЕТАНОВЫХ СИПОВ В ОХОТСКОМ МОРЕ НА ЗАПАДНОМ СКЛОНЕ КУРИЛЬСКОЙ КОТЛОВИНЫ
© 2015 г. А. Н. Деркачев1, Н. А. Николаева1, Б. В. Баранов2, Н. Н. Баринов3, А. В. Можеровский1, Х. Минами4, А. Хачикубо4, Х. Соджи4
Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАН, Владивосток, Россия
e-mail: derkachev@poi.dvo.ru 2Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, Москва, Россия e-mail: bbaranov@ocean.ru 3Дальневосточный геологический институт ДВО РАН, Владивосток, Россия e-mail: nickolaibarinov@yandex.ru 4Технологический институт Китами, Китами, Хоккайдо, Япония e-mail: minamihr@mail.kitami-it.ac.jp Поступила в редакцию 31.03.2014 г., после доработки 28.05.2014 г.
В работе приводятся первые сведения о новом проявлении карбонатно-баритовой минерализации, обнаруженной на участке метановых просачиваний в Охотском море на западном склоне Курильской котловины. Детально рассмотрены морфологические типы баритов, арагонитов и низкомагнезиальных кальцитов, приводятся результаты изучения изотопного состава углерода и кислорода карбонатных конкреций и корок. Показано, что формирование баритов происходило в осадках и связано с диффузионным просачиванием барий-содержащих флюидов через толщу осадков. Определен компонентный состав газовой составляющей поровых вод и ее изотопный состав; отмечается относительно повышенное содержание тяжелых гомологов метана. Сделано предположение, что относительное утяжеление изотопного состава карбонатов вызвано влиянием флюидов, поступающих из глубоких горизонтов осадочной толщи за счет дегидратации глинистых минералов в ходе постседиментационных преобразований. Полученные данные показывают, что происхождение карбонатно-баритовой минерализации связано с миграцией углеводородных (преимущественно метановых) и барий-содержащих холодных газово-флюидных потоков, источниками которых являются не только близповерхностные резервуары, но и более глубинные источники.
DOI: 10.7868/S0030157415030028
ВВЕДЕНИЕ
Со времени открытия на дне Мирового океана аномальных проявлений холодных метановых газо-во-флюидных эманаций (cold seeps) прошло около 30 лет. Большинство из них обнаружено в пределах активных, реже — пассивных континентальных окраин, внутриконтинентальных морских бассейнов и озер в интервале глубин от десятков до нескольких тысяч метров [3, 7, 10, 24, 27—30, 34, 38—40 и мн. др.]. Зоны разгрузки метановых газово-флю-идных эманаций обычно сопровождаются специфической геохимической обстановкой придонных и поровых вод осадков, благоприятствующей процессам аутигенного минералообразования. С большинством из известных проявлений метановых сипов связано формирование в толще осадков (реже — на поверхности морского дна) карбонатной минерализации, при этом основным источником углерода является микробное окисление метана. Во
многих случаях карбонатная минерализация ассоциирует с газогидратами метана [7, 24, 34 и др.].
Значительно реже встречаются холодные газово-флюидные потоки, несущие наряду с метаном также другие химические компоненты, в частности барий, что сопровождается формированием в толще осадков и на поверхности морского дна не только карбонатной, но и баритовой минерализации [9, 14, 15, 20, 22, 23, 31, 35, 38-45]. Наиболее крупное из известных в настоящее время подобных проявлений было обнаружено и детально изучено в котловине Дерюгина в Охотском море [1, 5, 6, 8, 11, 16-18, 25 и др.). В результате комплексных детальных исследований по российско-германскому проекту КОМЕХ и российско-японско-корейскому проекту CHAOS в 1998-2003 гг. было установлено, что в этой части впадины Дерюгина существует уникальный, долгоживущий (более 80 тыс. лет), с несколькими этапами активизации центр газово-флюидных эманаций, представленных метаном и растворенным барием. Здесь бари-
140° 144° 148° в.д.
Рис. 1. Местоположение участков карбонатно-баритовой минерализации в Охотском море.
(а) — общее расположение: звездочкой показан район Баритовых холмов во впадине Дерюгина [5, 6, 25], А — новый участок на западном склоне Курильской котловины; (б) — гидроакустическая аномалия типа "газовый факел" на изученном участке дна; (в, г, д) — увеличенные фрагменты района исследований. 1 — местоположение газовых факелов, 2 — станции опробования донных осадков.
товая минерализация была прослежена на площади около 25 км2 с ориентировочной оценкой масштабов проявления от 3 до 10 млн. т [6, 8, 11]. Природа барий-содержащих флюидов остается еще не до конца выясненной.
В результате последующих исследований на многочисленных проявлениях газово-флюидных эманаций на островном склоне Сахалина в Охотском море в рамках российско-японско-корейских проектов CHAOS и SSGH (Sakhalin Slope Gas Hydrate) в 2005—2012 гг. каких-либо признаков наличия баритовой минерализации установлено не было, несмотря на большой объем проведенных работ. И только в 2013 г. в 62-м рейсе НИС "Академик М.А. Лаврентьев" на западном склоне Курильской глубоководной котловины (рис. 1а) были подняты необычные по составу карбонатные корки, а в пробах осадков обнаружены многочисленные аутигенные баритовые образования. В данном сообщении мы приводим первые данные по особенностям состава выявленной карбонатно-ба-ритовой минерализации.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Колонки донных осадков отбирались с помощью гидростатического пробоотборника ГСП-2 диаметром 138 мм и длиной 600 см. Внутрь него закладывались 2-х секционные вкладыши — пластиковые трубы меньшего диаметра (125 мм), распиленные вдоль на две части и заклеенные скотчем, предназначенные для быстрого извлечения поднятых осадков из пробоотборника и их оперативной обработки. Отжим поровых вод, извлечение газовых компонентов производились сразу же после подъема трубки на борт судна. Состав газов изучался непосредственно на борту судна и, частично, в береговых лабораториях по принятым методикам [26, 36]. Пробы осадков отмывались от глинистых частиц через набор сит под струей воды. Выделенные грубозернистые фракции анализировались под бинокулярным и поляризационным микроскопами с детальным описанием морфологических типов аутигенных минералов. Дополнительно в Дальневосточном геологическом институте ДВО РАН на электрон-
ном микроскопе EVO 50 XVP проводились исследования морфологических особенностей аутиген-ных минералов. Препараты предварительно напылялись тонкой пленкой платины. Для получения изображений применялись режимы съемки во вторичных (SE) и обратно-отраженных (BSE) электронах. Для проведения рентгено-спектрального анализа химического состава минералов использовалась энергодисперсионная приставка к микроскопу INCA ENERGY 350 EDAX при ускоряющем напряжении 20 кВ. Диагностика карбонатных минералов выполнялась в ТОИ ДВО РАН на рентгеновском дифрактометре ДРОН-3М с монохроматизиро-ванным Cu^ излучением, напряжением 35 кВ и током 20 мА.
Состав газов определялся с помощью газового хроматографа (GC-14B, Shimadzu Corp.), оснащенного детекторами термальной проводимости и пламенной ионизации (Sunpak-S, Shimadzu Corp.). Также определялся изотопный состав газов из поровых вод осадков в лаборатории Технологического института г. Китами, Япония (аналитик А. Хачикубо). Изотопный состав углерода газов выполнялся на приборе CF-IRMS (DELT AplusX P, Thermo Finnigan). Ошибка определения составляла 0.1%о.
Изотопный анализ кислорода и углерода карбонатов выполнен в аналитическом центре ДВГИ ДВО РАН, лаборатория стабильных изотопов (аналитик ТА. Веливетская). Измерение изотопных соотношений углерода и кислорода проведено на изотопном масс-спектрометре Finnigan MAT 252 с использованием двойной системы напуска. Вес анализируемых образцов составлял 2—5 мг. Воспроизводимость анализов S18O и S13C (1а) образцов составляла 0.1%. Калибровка метода проведена по международным стандартам NBS-18, NBS-19, IAEA-CO-8.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
В 59-м рейсе НИС "Академик М.А. Лаврентьев" в 2012 г. на западном склоне Курильской котловины была обнаружена уникальная гидроакустическая аномалия типа газовый факел высотой более 2000 м (рис. 1б). Этот район в 2013 г. был исследован более детально с проведением батиметрической съемки, сейсмопрофилирования, опробованием донных осадков и водной толщи, изучением состава поровых вод осадка и газогеохимии [37].
Батиметрическая съемка включала в себя региональные исследования всего островного склона и детальное изучение участка, на котором происходит просачивание газа. Генеральные представления о рельефе склона были получены в полосе шириной около 7 км, которая была ориентирована перпендикулярно склону и охватывала интервал глубин 250—2800 м (рис. 1в—1д). В верх-
ней и средней части склон имеет очень простое строение и простирается в субмеридиональном направлении. Перегиб шельфа не виден, поскольку, вероятно, располагается выше изобаты 250 м. От этой изобаты до изобаты 1250 м угол наклона склона равен 3°, в интервале глубин 1250—1500 м склон становится более крутым (до 16°), что, по-видимому, связано с наличием разлома субмеридионального простирания.
Ниже до изобаты 1750 м идет пологий участок с углами наклона менее 3°, после которого наклон дна опять увеличивается. Начиная с глубины 2000 м склон имеет наиболее сложное строение. Примечательными структурами здесь являются два поднятия, которые появляются в рельефе склона с глубины 2000—2100 м и прослеживаются до изобаты 2750 м. Поднятия простираются в субширотном направлении и постепенно погружаются в Курильскую котловину, их длина достигает 6 км. Северные и южные склоны являются очень крутыми. По сейсмическим данным, полученным в 62-м рейсе НИС "Академик М.А. Лаврентьев", установлено, что в нижней части склона происходит его обрушение с образованием оползней [37].
Газовые факелы были зарегистрированы на вершине одного из поднятий в интервале глубин 2280—2250 м (рис. 1д). Плотность батиметрической съемки на этом участке является очень высокой, но, несмотря на это, каких-либо структур (холмы, покмарки), характерных для
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.