По следам 67-го рейса

Экспедиционный сезон

Международная экспедиция в Охотское и Японское моря 
на НИС «Академик М.А.Лаврентьев»

17 июня – 3 июля 2014 года

Участники международной экспедиции 2014, рейс LV67

Как уже отмечалось в газете «Дальневосточный учёный» (№13 от 2 июля 2014 года), 17 июня 2014 года из порта Владивосток в Охотское и Японское моря отправилась международная экспедиция на НИС «Академик М.А. Лаврентьев». Экспедиция организована отделом геологии и геофизики Федерального государственного бюджетного учреждения науки Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАН при участии Научного центра окружающей среды и энергетических ресурсов Технологического института (г. Китами, Япония), Института полярных исследований (КОПРИ, Республика Корея) и Федерального государственного бюджетного учреждения науки Институт Океанологии им. П.П. Ширшова РАН (г. Москва) для продолжения комплексных геофизических, газогеохимических, геологических, литологических, гидроакустических, батиметрических и гидрологических исследований в рамках международного проекта «САХАЛИН» (Sakhalin Slope Gas Hydrate Project, 2012-2017). Мы дождались возвращения 67-го рейса и задали вопросы начальнику экспедиции А.И. ОБЖИРОВУ, доктору геолого-минералогических наук, профессору, заведующему отделом геологии и геофизики ТОИ ДВО РАН.

– Анатолий Иванович, с возвращением! Прежде чем спросить вас об успехах минувшего рейса, давайте вспомним о двух предыдущих экспедициях, ведь вы продолжали исследования 2012-го и 2013-го годов, не так ли?

– Спасибо, и я вас приветствую! Основная цель минувшей экспедиции – детальное изучение верхней части осадочной толщи Татарского пролива Японского моря и юго-западного склона Курильской котловины Охотского моря, поиск потоков пузырей метана, газовых гидратов, определение некоторых геолого-газогеохимических характеристик в местах, где исследования выполнялись в 2012 и 2013 годах (рейсы LV59 и LV62). Благодаря комплексу исследований, выполненных в рейсах LV59 и LV62, в этих районах были сделаны следующие открытия.

В 2012 году, в рейсе LV59: на западном склоне Курильской котловины со стороны залива Терпения Охотского моря на глубине моря 1020 м в донных осадках были обнаружены газогидраты. Это первая находка газогидратов на юге Охотского моря в Курильской котловине.

В Курильской котловине несколько южнее района, где были открыты газогидраты, на глубине моря 2200 м обнаружен мощный поток пузырей метана из донных отложений в воду, который почти достигает поверхности. Такой высоты поток метана – более 2000 м – самый высокий и мощный в Мировом океане.

В Татарском проливе на Сахалинском западном склоне на глубине 322 м в донных отложениях открыты газогидраты. Газогидраты обнаружены в районе впервые зафиксированных многочисленных (43 газовых факела) потоков пузырей метана из донных отложений в воду. Это новая провинция газогидратов и потоков пузырей метана в Татарском проливе Японского моря, которая была неизвестна ранее. 

 

Поток пузырей метана из донных отложений в воду на юго-западном склоне Курильской котловины. Глубина моря – 2200 м, высота потока – почти 2200 м. Гидроакустическая запись сделана А.С. Саломатиным в 2012 году, рейс LV59

В экспедиции 2013 года (LV62): открыты две новые площади с газогидратами. Одна площадь несколько севернее уже открытой в 2012 году на склоне Курильской котловины в Охотском море и вторая несколько южнее открытой в 2012 году площади с газогидратами на Сахалинском западном склоне Татарского пролива Японского моря.

Повторно обнаружены газогидраты на площадях, на которых они были открыты в экспедиции 2012 года. Причем, объём газогидратов в донных осадках превысил количество, зафиксированное в керне донных осадков в 2012 году.

Обнаружено 30 новых выходов пузырей метана из донных осадков в воду. В воде и осадках обнаружены аномальные концентрации метана. Но распределение метана в донных осадках было необычным, поскольку его количество не было таким высоким, как в газогидратных осадках, поднятых в экспедиции-2012. Можно предположить снижение активности газовых структур. Это подтверждается гидроакустической съёмкой, которая показала, что некоторые ранее обнаруженные газовые факелы стали более слабыми. Например, факел F-1 в 2012 году был высотой более 2000 м, а в 2013 году его высота немного превышала 1000 м.

В донных осадках в районе самого высокого потока пузырей метана, расположенного на юге западного склона Курильской котловины, обнаружена карбонатная и баритовая минерализации. 

– Что же показали для специалистов открытия экспедиций 2012-го и 2013 годов? 

– То, что эти районы требуют более детального изучения геологических условий формирования потоков пузырей метана из донных отложений в воду и сопряженных с ними газогидратов, а также – оценки источников углеводородов в этих районах Охотского и Японского морей. Поэтому в экспедиции 2014 года был запланирован тот же комплекс исследований, как на уже изученных площадях в 2012 и 2013 годах, так и на прилегающих к ним участках Татарского пролива Японского моря и района самого высокого потока пузырей метана на юге западного склона Курильской котловины в Охотском море. 

– Давайте остановимся на основных задачах только что завершившейся экспедиции.

– Их несколько. Во-первых, более детально изучить геолого-структурные условия в районах, где были обнаружены газогидраты и потоки пузырей газа (метана) из донных отложений в воду в предыдущих экспедициях 2012-го и 2013 годов.

Во-вторых, выполнить комплекс сейсмических, геологических, литологических, газогеохимических, гидроакустических, океанологических, батиметрических исследований в новых районах Татарского пролива с целью: поиска новых районов с потоками метана и газогидратами; изучения морфоструктурных особенностей строения верхней части осадочного разреза и рельефа дна; оценки мощности подводных газовых источников и их временной изменчивости.

В-третьих, на основе полученных данных изучить закономерности геологического развития региона Татарского пролива, сделать оценку количества поступления метана из донных отложений в воду и атмосферу, выяснить влияние этих процессов на состояние и эволюцию гидрохимических, гидрологических, биологических и других характеристик Татарского пролива Японского моря, а также на общее климатическое и экологическое состояние региона.

И в-четвёртых, на юге западного склона Курильской котловины Охотского моря детальнее изучить характер минерализации в районе потока метана F-1, где в экспедиции LV62, были обнаружены карбонатные и баритовые фрагменты в донных осадках. 

Помощник капитана – фокстерьер ищет газогидраты

– Анатолий Иванович, говоря об организационной структуре экспедиции, мы уже знаем, что вы были назначены начальником экспедиции, а вашим заместителем – Наталья Алексеевна Николаева, научный сотрудник лаборатории седиментологии и стратиграфии ТОИ ДВО РАН. Расскажите о других участниках научного рейса. 

– Общая численность научного состава экспедиции – 30 человек, включая 17 сотрудников ТОИ ДВО РАН, двое сотрудников ИО РАН (Москва), одного сотрудника МГУ (Москва), восемь сотрудников Технологического института (г. Китами, Япония) и двоих сотрудников Института полярных исследований (КОПРИ, г. Сеул, Корея).

Научный состав экспедиции был разделен на шесть отрядов: отряд газогеохимии, – начальник отряда О.Ф. Верещагина (ТОИ); отряд донного опробования, – начальник отряда доктор геолого-минералогических наук А.Н. Деркачев (ТОИ); гидроакустический отряд, – начальник отряда кандидат физико-математических наук А.С. Саломатин; отряд зондирования СТД, – начальник отряда кандидат географических наук Д.Д. Каплуненко; отряд сейсмического профилирования, – начальник отряда кандидат геолого-минералогических наук В.Г. Прокудин; отряд батиметрии, – начальник отряда кандидат геолого-минералогических наук Б.В. Баранов. Иностранные участники были приписаны к вышеназванным отрядам. 

Слева направо – Янг (Корея), Наталья Николаева, Анатолий Обжиров, Виктор Птушкин (капитан), Борис Баранов (Москва), Минами (Япония)

– Ну вот, теперь в нашей беседе мы подошли к собственно свершившейся экспедиции. Самое время поговорить о научных результатах, давайте начнём с батиметрических и сейсмических исследований.

– Результаты съёмки значительно улучшили наши представления о рельефе и строении осадочного чехла районов исследований. В пределах континентального (Приморского) склона западной части Татарского пролива выполнен меридиональный сейсмический профиль вдоль изобат 500-1000 м. В этом районе сейсмические исследования выполнялись впервые. Структуры Приморского склона резко отличаются от структур ранее изученного восточного склона Татарского прогиба. Верх разреза выполнен слоистой толщей, возможно, плейстоценовых песчаников и алевролитов с ненарушенной структурой, которая перекрывает комплекс более древних осадков, значительно нарушенных разломами. Структура нижнего осадочного комплекса представляет собой отдельные мелкие блоки песчанистого состава. Мощность верхнего осадочного комплекса составляет около 100 м, нижнего 120-150 м. Подстилаются они также осадочным комплексом, его верхней частью. На протяжении всего профиля из осадочных комплексов не зафиксированы выходы пузырей газа, отсутствуют газонасыщенные осадки и вертикальные структуры, в каналах которых отсутствуют отражающие границы осадков в связи с поступлением в них газа (метана), подобно открытых нами структур на западном склоне Татарского пролива, где обнаружены газогидраты и выходы пузырей метана из дна в воду и иногда в атмосферу.

В экспедиции 2014 года в рейсе LV67 в районе восточной части Татарского пролива сейсмические профили выполнялись как на уже нами обнаруженных участках активных выходов пузырей метана в воду, так и на новых площадях. В результате выявлены новые структуры и каналы, по которым выходят газы (преимущественно метан) к поверхности донных осадков и из них в воду, и частично в атмосферу. Вблизи района, где были подняты газогидраты в экспедициях 2012-го и 2013 годов (рейсы LV59 и LV62), в этой экспедиции также были обнаружены газогидраты. Высокоразрешающие разрезы верхней части осадочного чехла дали возможность обнаружить в пределах полигонов множество сейсмоакустических аномалий, связанных с выделением газа из осадков. 

– Как производились гидроакустические исследования? 

– Гидроакустические наблюдения выполнялись на всем пути движения судна. Благодаря специально настроенной аппаратуре эхолокации на частоте 12.5 Кгц выходы пузырей метана хорошо просматривались на эхограмме в виде конусообразных звукорассеивающих тел. Было зафиксировано 93 пересечений потоков пузырей метана, при этом обнаружено 74 новых газовых факела. Пробы керна донных осадков и колонок воды брались в центре потоков пузырей метана и на вершинках, сопряжённых с потоками метана.

Важным наблюдением в этом рейсе стало изменение активности потоков пузырей метана из донных осадков в воду, которые хорошо фиксируются в гидроакустическом поле в связи с рассеиванием высокочастотных волн пузырями газа. Пузыри газа поднимаются вверх в воде и фиксируются в виде вертикальных конусообразных столбов. В Татарском проливе один из потоков утром наблюдался достаточно активным и высоким, а вечером он почти исчез. На другое утро он опять появился как днём раньше. Исчез самый высокий поток (F-1, более 2000 м) на юге западного склона Курильской котловины. В этом месте видны были только отдельные пузырьки. Напомню, что в 2012 году произошло землетрясение амплитудой более 7 баллов в районе Охотского моря, несколько севернее потока F-1. По нашему мнению, это землетрясение активизировало поток метана. В 2013 году он уменьшился в два раза, а в 2014-м почти исчез. Это подтверждает, что на возникновения потоков пузырей метана и на их объём влияет сейсмо-тектоническая активность региона. Источником метана являются угленосные, нефте-газ-содержащие породы в толще осадков, из которых газ (метан) выходит к поверхности дна, в воду и атмосферу.

– Проводились литологические и гидрологические исследования?

– Выполнено 17 литологических станций с отбором проб донных осадков и 16 гидрологических станций с отбором проб воды на разных горизонтах и непрерывным измерением температуры и солёности водной толщи. 15 литологических и 15 гидрологических станций выполнено в Татарском проливе, две литологических и одна гидрологическая станция, соответственно, на юге западного склона Курильской котловины, в районе потока газа F-1. Трубки для отбора проб осадков имели гидростатическую конструкцию с длиной приёмной части керна 5 м. Длина отобранного керна составляла от 16 см до 5 м. В одной колонке осадков обнаружены газогидраты и в четырех колонках кернов наблюдались карбонатные конкреции различного размера – 1-5 см, образованные в среде микробного окисления метана. Описывалась литологическая характеристика донного осадка, брались пробы на отжим поровых вод и на содержание и состав газа, отбирались карбонатные конкреции для определения изотопного состава углерода. После подъёма трубки на борт судна в этом же районе выполнялось зондирование СТД с отбором проб воды батометрами. 

– Что показали газогеохимические измерения?

– Измерение концентрации метана производилось на борту судна методом газовой хроматографии. В общей сложности произведено 417 измерений. Измерения было выполнены для 13 станций CTD и 15 колонок осадков.

Керн с газогидратом был поднят на станции недалеко от гидратной станции 2013 года, расположенной в южной части сейсмического профиля в вертикально расположенной зоне отсутствия отражений – «мутной толщи». Ещё на двух станциях  были хорошо заметны мокрые пятна на осадке в нижней части керна. При этом концентрация метана в них и распределение по колонке были сравнимы с его содержанием и поведением в гидратных трубках. Вероятно, здесь находились мелкие гидратные кусочки, которые разрушились во время подъёма и при обработке трубки на палубе после подъёма. Газосодержащие слои были только в нижней части 2-3 кернов. Осадок в остальных кернах выглядел гладким и достаточно плотным с некоторыми нарушениями поверхности, похожими на следы пребывания донных животных.

Несмотря на видимое отсутствие признаков гидратов в виде брекчиевидного состояния в большинстве кернов, концентрации метана в них оказались высокими (более 100 мл/л). При этом на разной глубине от поверхности осадка зафиксирован скачок метановых концентраций и ощущался сильный запах сероводорода. Такие же концентрации обычно наблюдаются между фрагментами гидрата, если они располагаются в осадке в виде отдельных слоев.

Концентрации метана в придонном слое воды в Татарском проливе в районе выходов пузырей метана в воду достигали 700-1000 нл/л и в поверхностном слое 200-300 нл/л, что превышает фоновые концентрации в 5-10 раз. На западном склоне Курильской котловины концентрации метана по всей колонке воды от 2000 м до поверхности распределились равномерно в пределах 200-150 нл/л. 

 

Фрагменты газогидратов (белые) в керне илистых донных осадков

– Анатолий Иванович, можно ли уже подытожить проведенные исследования?

– Для того мы и работаем! Во-первых, увеличена площадь, в донных осадках которой могут содержаться газогидраты, на Сахалинском склоне Татарского пролива.

Во-вторых, обнаружено 73 новых потока пузырей газа (преимущественно метана) из донных отложений в воду и частично в атмосферу.

В-третьих, установлен пульсационный режим потоков с периодом как один день, так и через год. Самый высокий поток газа (F-1, который с глубины 2200 м почти достиг поверхности в 2012 году), в 2013 году сократился в два раза, а 2014-м исчез.

В-четвёртых, сейсмически изучена осадочная толща на континентальном склоне Приморского и Хабаровского краев. Она состоит из двух осадочных комплексов – верхнего, сейсмически не нарушенного, и нижнего, представленного серией вертикальных блоков. В отличие от Сахалинского склона Татарского пролива, где обнаружены потоки метана и газогидраты, в осадках на приконтинентальном склоне пролива не встречены ни выходы пузырей газа (метана), ни структуры с насыщением метана.

В помещении лаборатории на НИС «Академик М.А. Лаврентьев». Слева направо: Минами (Япония), Анатолий Обжиров, Борис Баранов, Наталья Николаева

– Желаю вам успехов в детальном изучении результатов недавно завершившегося научного 67-го рейса в Охотское и Японское моря, новых открытий и новых дальнейших экспедиций по поиску газогидратов!

– Спасибо. На следующий год мы планируем продолжить комплексные исследования в международной экспедиции по договору Россия-Япония-Корея как в Татарском проливе, так и в Охотском море. В Татарском проливе важно детальнее исследовать его западную часть, которая примыкает к континенту, и выяснить изменчивость активности потоков пузырей метана из донных отложений в воду и атмосферу. В Охотском море планируется выполнить комплекс исследований в уже изученных районах в экспедициях 1998-2014 годов для выяснения возможных изменений и получения более детальных данных. 

Ольга Верещагина дарит цветок руководителю японской группы учёных Минами. Александр Саломатин наблюдает за проиcходящим