Программа экспедиции выполнена полностью!

Недавно завершилась международная научная экспедиция в Охотское море (рейс № 74) на научно-исследовательском судне «Академик М.А. Лаврентьев». Она была организована отделом геологии и геофизики Тихоокеанского океанологического института им. В.И. Ильичева ДВО РАН при участии Института океанографического приборостроения Шаньдунской академии наук Китайской Народной Республики (г. Циндао, Китай) для выполнения комплексных геофизических, газогеохимических, геологических, литологических, гидроакустических, батиметрических и гидрологических исследований в рамках международного проекта. Основная цель экспедиции – детальное исследование и опробование верхней части осадочной толщи для поисков выходов пузырей газа (метана) из донных осадков в воду, газовых гидратов в районе западного склона Курильской котловины и южного шельфа залива Терпения.

Мы встретились с начальником экспедиции доктором геолого-минералогических наук, профессором Анатолием Ивановичем ОБЖИРОВЫМ, заведующим лабораторией газогеохимии, заведующим отделом геологии и геофизики ТОИ ДВО РАН, и побеседовали с ним.

Анатолий Иванович ОБЖИРОВ

– Анатолий Иванович, с успешным завершением интересной научной экспедиции!

– Спасибо. Рейс был полезный, действительно насыщенный и богатый на открытия.

– Если я не ошибаюсь, завершившийся рейс продолжал исследования предыдущих годов на юге Охотского моря в Курильской котловине?

– Да, в этом районе исследования выполнялись в 2012 и 2013 годах (рейсы LV59 и LV62). Благодаря комплексу исследований, выполненных в рейсах LV59 и LV62, были сделаны следующие открытия.

В 2012 году (LV59) – на западном склоне Курильской котловины со стороны залива Терпения Охотского моря на глубинах моря 725 и 1020 м в донных осадках были обнаружены газогидраты. Это была 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 (F-1), который почти достигает поверхности. Такой высоты поток метана – более 2000 м – самый высокий и мощный в Мировом океане. В 2013 году поток уменьшился в два раза, а в 2014 году – исчез. В донных осадках в районе самого высокого потока пузырей метана (F-1), обнаружена карбонатная и баритовая минерализации.

– Что показали специалистам открытия в экспедициях 2012-го, 2013-го, 2014-го годов?

– Эти районы представляют интерес для более детального изучения геологических условий формирования потоков пузырей метана из донных отложений в воду и сопряжённых с ними газогидратов, и оценки источников углеводородов в этих районах Охотского моря. 

Эти исследования вошли в Техническое задание международного контракта между Тихоокеанским океанологическим институтом ДВО РАН и Институтом океанографического приборостроения Шаньдунской академии наук Китайской Народной Республики (ИОП ШАН КНР). Поэтому в этом районе западного склона Курильской котловины в экспедиции 2016 года были запланированы детальные комплексные исследования, согласно российско-китайского контракта от 1-го января 2016 года. Китайским коллегам была представлена возможность изучить геологические условия формирования газогидратов, потоков метана, оценить возможность использования метана газогидратов как альтернативный источник углеводородов, познакомиться и изучить методы исследования и поиска потоков метана и газогидратов.

– Каковы основные задачи недавней экспедиции?

– Их, конечно, 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 2012-2014 годов и поиск новых районов с потоками метана и газогидратами. Во-вторых, изучить морфоструктурные особенности строения верхней части осадочного разреза и рельефа дна западного склона Курильской котловины и зоны перехода Курильской котловины в шельф залива Терпения. В-третьих, оценить мощность подводных газовых источников и их временной изменчивости. И в-четвёртых, на западном склоне Курильской котловины Охотского моря детальнее изучить структуру грязевого вулкана и характер минерализации в районе потока метана F-1-1, достигающий высоты 2100 м, где в экспедиции LV62 были обнаружены карбонатные и баритовые фрагменты в донных осадках.

– Анатолий Иванович, вы были назначены начальником экспедиции. Расскажите о других участниках научного рейса, организационной структуре экспедиции.

– Моим заместителем был – Ренат Белалович Шакиров, старший научный сотрудник лаборатории газогеохимии ТОИ ДВО РАН. Учёным секретарем экспедиции назначена научный сотрудник лаборатории газогеохимии ТОИ – Анна Леонидовна Веникова. Общая численность научного состава экспедиции – 27 человек, включая 17 сотрудников ТОИ ДВО РАН, одного сотрудника Лимнологического института (Иркутск), девятерых сотрудников Института океанографического приборостроения Шаньдунской академии наук Китайской Народной Республики (ИОП ШАН КНР).

Научный состав экспедиции разделялся на шесть отрядов: отряд газогеохимии, начальник отряда – доктор геолого-минералогических наук Р.Б. Шакиров (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 В.А. Баннов; отряд изучения и отжима поровых вод, начальник отряда – Ю.А. Телегин; отряд батиметрии, подчинён кандидату физико-математических наук А.С. Саломатину; отряд гравиметрической съёмки, начальник – кандидат геолого-минералогических наук М.Г. Валитов. Иностранные участники приписывались к вышеназванным отрядам. 

Участники экспедиции в лаборатории НИС «Академик М.А. Лаврентьев». Слева направо: сотрудники лаборатории газогеохимии: Оксана Борзова, Анатолий Обжиров, Ренат Шакиров, Надежда Сырбу, Анна Веникова и сотрудник Лимнологического института СО РАН, г. Иркутск – Наталия Жученко 

– Удалось выполнить запланированную программу исследований?

– Да, предусмотренные план-программой исследования выполнены полностью. На станциях проводились следующие операции: отбор проб осадков и воды, краткое литологическое описание осадков, извлечение газа из проб керна донных осадков, колонок воды и из газогидратов, набортный газохроматографический анализ, компьютерная обработка данных (визуализация и систематизация фактического материала).

Выполнено 1200 погонных км (37 профилей) геофизической, батиметрической и гидроакустической съёмок. Кроме этого, гидроакустические измерения выполнялись по маршруту судна. Выполнено 73 пересечений газовых факелов, при этом обнаружено 54 новых факелов. Отобраны 14 колонок донных осадков длиной от трёх до пяти метров на глубинах моря от 135 м до 2200 м; в двух колонках обнаружены газогидраты на глубине 725 м. Драгирование проведено на восьми станциях, на глубинах от 135 м до 2200 м, подняты как осадки, так и фрагменты карбонатов и аутигенных минеральных ассоциаций в районе выходов пузырей метана. Выполнено 11 станций CTD-зондирования на глубинах моря от 135 м до 2200 м. Пробы воды батометрами отбирались на различных горизонтах (от восьми до двенадцати), расположенных от дна до поверхности.

СТД-розетта с датчиками для измерения температуры, солёности, глубины и батометрами для отбора проб воды на различных горизонтах воды от дна до поверхности

   – Расскажите о предварительных научных результатах, начиная с батиметрическиех и гравиметрических исследований.

– Хорошо. Батиметрические исследования проводились с использованием штатного судового эхолота и гидроакустического комплекса, гравиметрические – с применением нового оборудования, которое в рейсе опробовалось как экспериментальное.

В процессе исследований на западном склоне Курильской котловины была обнаружена структура, подобная каньону с относительным превышением бортов каньона от дна около 500 м. Составлена батиметрическая карта. Результаты съёмки значительно улучшили наши представления о рельефе и строении осадочного чехла района исследований на западном склоне Курильской котловины и зоне перехода шельфа залива Терпения и северного склона Курильской котловины.

Структура типа каньона на северо-западном склоне Курильской котловины Охотского моря. Из борта справа выходит поток газа (метана) 

– Расскажите подробнее о гидроакустических исследованиях.

– Гидроакустические наблюдения выполнялись на всём 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 73 пересечения потоков пузырей метана, при этом обнаружено 54 новых газовых факелов. 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.

Напомню, что исчез самый высокий поток (F-1, более 2000 м) на юге западного склона Курильской котловины, в районе обнаруженного нами грязевого вулкана на глубине моря 2200 м. В этом месте видны были только отдельные пузырьки.

В нашей экспедиции 2016 года факел снова проявился незначительной мощности. Возможно, его появление связано с землетрясениями в Японии на острове Кюсю в начале 2016 года. Пока ещё нет ясности, что является источником газа в грязевом вулкане, так как в воде над вулканом концентрация метана в воде почти фоновая, около 30-50 нл/л, а в осадке концентрация метана составляет около 0.02-0,03 мл/л, что в 100 раз меньше, чем в осадках на северо-западном склоне Курильской котловины в районе выходов пузырей газа (метана). Отметим, что на шельфе залива Терпения некоторые потоки газа (метана) выходит из донных отложений в воду и в атмосферу.

Поток пузырей газа (метана) из донных отложений в воду и в атмосферу на шельфе залива Тепения Охотского моря. Глубина моря – 146 м 

– Что показали литологические и гидрологические исследования?

– Выполнено 14 литологических станций с отбором проб донных осадков, 8 станций драгирования осадков и 11 гидрологических станций с отбором проб воды на разных горизонтах и непрерывным измерением температуры и солёности водной толщи. В том числе две литологических, одна гидрологическая и три станции драгирования 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 3 до 5 м.

Драга с отобранными донными осадками. Слева – Геннадий Крайников, справа – Юрий Телегин

В четырёх колонках осадков обнаружены чёрные илы с гидротроилитом, характеризующие восстановительную обстановку осадконакопления. Эти отложения приурочены к горизонту на глубине моря около 400 м. То есть, обнаружен район накопления чёрных илов на северо-западном склоне Курильской котловины. В этот период осадки накапливались в восстановительной обстановкой с высоким процентом органического вещества. На глубине 180 м в донных осадках в зоне перехода шельфа залива Терпения в трубке и драге были обнаружены фрагменты карбонатных корок, экзотических удлиненных образований, сцементированных карбонатом с кусками обломков пород и новообразований аутигенной минерализации и ракушками бентосных организмов. 

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. 

Фрагменты сцементированных карбонатом пород, ракушек и аутигенных минеральных ассоциаций в зоне перехода шельфа залива Терпения в северо-западный склон Курильской котловины Охотского моря. Глубина моря – 180 м  

– Столь же успешны были и газогеохимические исследования? Как производилось измерение концентрации метана? 

– Измерение концентрации метана производилось на борту судна методом газовой хроматографии. При подготовке проб для анализа газа в донных осадках использовался метод равновесных концентраций «Head Space». Склянки для осадка имели один объём 68 мл. Для анализа газового состава применялся хроматограф «Кристалл-Люкс 4000М» (Россия) с детектором по ионизации в пламени и двумя детекторами по теплопроводности. В общей сложности произведено 123 анализов состава газа донных осадков. Вода для анализа газа отбиралась на станциях СТД из батометров розетты с 12 батометрами в бутылки ёмкостью 0.5 литра из различных горизонтов от дна до поверхности. Отобрано 103 пробы воды из 11 станций СТД. Газ из воды извлекался на дегазационной установке, изготовленной в лаборатории газогеохимии ТОИ.

   Керн с газогидратом был поднят на станциях LV74-05HC и LV74-12HC на северо-западном склоне Курильской котловины на глубине 725 м недалеко от станции LV62-17HC, 2013 году, где были отобраны газогидраты, расположенной в южной части сейсмической «мутной толщи». Газогидрат был представлен несколькими прослоями толщиной 1-2 см и в окончании керна присутствовали куски гидрата 5-7 см толщиной. Из этих обломков газогидрата был отобран газ на анализ состава газа и изотопии углерода метана. В газе газогидрата присутствовал метан.

Керн донных осадков с белыми слоями газогидратов

   На пяти станциях, расположенных на северо-западном склоне Курильской котловины, в кернах, отобранных в районе выходов пузырей метана, на глубинах около 400 м были вскрыты чёрные сланцы почти без запаха сероводорода. Определилась провинция чёрных илов (сланцев). Это важное наблюдение, которое характеризует восстановительные условия накопления осадков в этот период в районе западной окраины Курильской котловины. Как правило, начиная с 1.5 м от верха керна и до конца длины керна (около 4 м от поверхности) чёрный ил загазован, и керн разрывается выходящим из него газов, разрыхляясь. При этом концентрация метана в них и распределение по колонке были сравнимы с его содержанием и поведением в гидратных трубках 30-40 мл/л.

Окончание керна черных илов, разрушенный выходами из ила газов

   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 кернов. Осадок в остальных кернах выглядел гладким, 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 30-40 мл/л, как и кернах с газогидратами. При этом на разной глубине от поверхности осадка зафиксирован скачок метановых концентраций и в некоторых кернах ощущался достаточно сильный запах сероводорода. Такие же концентрации обычно наблюдаются между фрагментами гидрата, если они располагаются в осадке в виде отдельных слоев.

– Научные исследования в рейсе выполнялись с участием китайских коллег в рамках международного проекта. Помогло ли это плодотворное сотрудничество научным открытиям в экспедиции?

– Несомненно. Во-первых, оно способствовало открытию новых 50 выходов пузырей газа (метана) из донных отложений в воду, новую структуру в виде каньона с выходом газа на склоне каньона.

Во-вторых, – обнаружению газогидратов, в которых отобран газ для анализа его состава и изотопии углерода метана.

В-третьих, в районе структуры каньона отмечены слои более тёплой воды, превышающий холодный слой на 0.6 гр.

В-четвёртых, измерены концентрации природных газов (метана, тяжёлых углеводородов, (С2-С4), кислорода, азота, водорода и гелия) в донных осадках и воде. Обнаружены аномальные концентрации метана (30-50 мл/л) в чёрных сланцах и газогидрат-содержащих осадках и в воде в этих же районах. На два порядка концентрации газа меньше в донных осадках и воде в районе грязевого вулкана на юго-западном склоне Курильской котловины, что характеризует, возможно, наличие в этом регионе источника газа вулканогенного генезиса.

И в-пятых, извлечены поровые воды из осадков с использованием пресса, в которых будут определяться химические параметры и микроэлементы.

Следует отметить хорошую работу капитана В.Б. Птушкина и экипажа судна в экспедиции на НИС «Академик М.А. Лаврентьев», рейсе LV74. Они старались максимально помочь нам эффективно выполнить программу исследований и отбор проб донных осадков и воды. Благодаря совместным слаженным действиям экспедиция прошла успешно. Спасибо УНИФ ДВО РАН за содействие в решении вопросов организации экспедиции!

   Китайской стороне экспедиция понравилась, и иностранные коллеги предложили заключить новый контракт на совместную экспедицию в 2017 году по нашей заявке – 2017 на исследования в Охотском и Японском морях.

– Анатолий Иванович, какие итоги можно подвести, говоря о проведенных в рейсе исследованиях?

– Экспедиция на НИС «Академик М.А. Лаврентьев» (рейс № 74) выполнила план-программу полностью. Получен большой объём новых данных, анализ и интерпретация которых позволит более детально понять историю развития зоны перехода Курильской котловины в залив Терпения. Открыто поле чёрных илов (сланцев) на глубине моря около 400 м, которые очень насыщены газом, в том числе, метаном. В районе их распространения обнаружено большее количество (около 30) выходов пузырей газа (метана). В зоне контакта шельфа залива Терпения и северного склона Курильской котловины обнаружены карбонатные корки, конкреции и куски пород и аутигенные минералы, сцементированные карбонатом. На двух станциях подняты слои и куски газогидратов. Изучен газовый состав воды и осадков. Аномальные концентрации метана в осадке достигают 30-50 мл/л, а в воде – 10-20 мкр/л.

– Что же, остаётся пожелать вам успехов в детальном изучении результатов научного 74-го рейса, новых научных открытий в изучении газогидратов и дальнейших плодотворных экспедиций!

– Спасибо. Окончательную обработку полученных данных выполним в институте. На следующий год мы планируем продолжить комплексные исследования в международном рейсе.

Так что – работаем!