Международная экспедиция в Охотское море на НИС «Академик Опарин» прошла успешно!

С 29 июня по 23 июля 2017 года состоялась международная экспедиция в Охотское море на НИС «Академик Опарин» (рейс № Ор52). Она была организована Тихоокеанским океанологическим институтом им. В.И. Ильичева (ТОИ) ДВО РАН при участии Института океанографического приборостроения Шаньдунской академии наук Китайской Народной Республики (ИОП ШАН КНР) г. Циндао, Китай. Запланированные научные исследования выполнены, получен новый материал, который будет изучаться в лабораторных условиях. А ещё участниками научного рейса в недрах моря была обнаружена археологическая находка – загадка для специалистов.

На наши вопросы ответил начальник экспедиции – главный научный сотрудник лаборатории газогеохимии ТОИ ДВО РАН, доктор геолого-минералогических наук, профессор Анатолий Иванович ОБЖИРОВ.

 – Как сообщалось ранее, район исследований – Охотское море – Сахалинский восточный шельф и склон. Анатолий Иванович, расскажите о целях и задачах экспедиции.

– Основная цель экспедиции – детально изучить геолого-структурные условия в районах, где были обнаружены газогидраты и потоки пузырей газа (метана) из донных отложений в воду в предыдущих экспедициях 2007-20011 годов, а также изучить газовый поток из донных отложений в воду и, возможно, в атмосферу.

Для достижения этой цели в экспедиции выполнялись ранее не проведённые градиентные магнитометрические и гравиметрические исследования. На станциях измерялись температура, солёность, мутность толщи воды датчиками, встроенные в розетту, на которой устанавливались 12 пятилитровых батометров Нискина. Вода отбиралась батометрами на 12 горизонтах от придонного слоя до поверхности. В том же районе геологической трубкой отбирался керн донных осадков. Из воды и осадков извлекался газ методом Head Space и дегазацией и анализировался на газовом хроматографе. Вода и осадок также отбирались на микробный анализ, что в предыдущих экспедициях детально не проводилось.

– Анатолий Иванович, какова организационная структура экспедиции? Вы были назначены начальником…

– Да, это так. Моим заместителем был Юрий Александрович Телегин, младший научный сотрудник лаборатории газогеохимии ТОИ ДВО РАН. Общая численность научного состава экспедиции – 19 человек, включая 13 сотрудников ТОИ ДВО РАН, одного сотрудника НИИ эпидемиологии и микробиологии имени Г.П. Сомова, пять сотрудников Института океанографического приборостроения Шаньдунской академии наук Китайской Народной Республики (ИОП ШАН КНР).

Научный состав экспедиции разделялся на шесть отрядов: отряд газогеохимии, начальник отряда кандидат химических наук Н.С. Полоник (ТОИ); отряд донного опробования, начальник отряда доктор геолого-минералогических наук А.Н. Плетнёв (ТОИ); микробиологический отряд, начальник отряда кандидат химических наук А.Л. Пономарёва; отряд зондирования СТД, начальник отряда кандидат географических наук В.А. Баннов; отряд гравиметрической съёмки, начальник – кандидат геолого-минералогических наук М.Г. Валитов; отряд магнитометрической съёмки, начальник – кандидат геолого-минералогических наук Н.М. Цовбун.

Иностранные участники приписывались к вышеназванным отрядам.

– Какие использовались методы, средства измерений и обработки данных?

– Работы выполнялись на борту НИС «Академик Опарин». Перед рейсом на судно была поставлена гидрологическая лебедка с кабель-тросом и доставлена из института розетта с 12-ю батометрами объёмом пять литров каждый и датчиками температуры, солёности и мутности. Также из ТОИ на судно была погружена геологическая трубка с утяжелителями и пластиковыми вкладышами для приёма керна, газовый хроматограф Кристалл Люкс – 4000М, дегазационная установка, необходимое другое химическое и микробиологическое оборудование, два магнитометра и гравиметр.

– Была ли выполнена программа исследований?

– Да. Предусмотренные план-программой исследования выполнены полностью. На станциях проводились следующие операции: отбор проб осадков и воды, краткое литологическое описание осадков, фотографирование керна осадков, извлечение газа из проб керна донных осадков, из воды на разных горизонтах от дна до поверхности, набортный газохроматографический анализ, компьютерная обработка данных. Отбор донных осадков выполнен геологической трубкой. Зондирование СТД выполнялось в районе тех же станций, что и отбор проб донных осадков. Отбиралось 12 горизонтов водной толщи, начиная от дна и завершая водной поверхностью. Газохроматографический анализ выполнялся в пробах донных осадков методом Head Space по всей длине керна через интервал 20-30 см и в забое колонки керна, в 10 см выше конца колонки керна проба осадка отбиралась на дегазацию. Ещё осадок и вода отбирались на микробный анализ. Пробы воды отбирались в трёх батометрах на микробный анализ (у дна, в середине толщи воды и на поверхности) и в девяти батометрах от дна до поверхности на изучение газовой составляющей. Газ извлекался равновесным и дегазационным методом и анализировался на газовом хроматографе Кристалл люкс 4000М. Выполнялись геофизическая съёмка в период всех работ и по заданным профилям.

– Каков объём выполненных работ?

– За время экспедиции выполнено 1200 погонных км (35 профилей) магнитометрической и гравиметрической съёмок. Отобраны 20 колонок донных осадков длиной керна от 1.5 до 3.5 м на глубинах моря от 115 м до 1050 м. В трёх колонках в интервале близко к забою (коронки) обнаружен нарушенный керн осадка, сильно загазованный на глубинах моря 600-800 м в районах, где в предыдущих экспедициях были обнаружены потоки газа (факелы) и газогидраты. Из керна осадка выходил газ с запахом сероводорода и потрескивали микрокусочки газогидрата (наногидраты) с выделением на поверхности осадка капель жидкости. Выполнено 20 станций CTD-зондирования на глубинах моря от 115 м до 1050 м. Пробы воды батометрами отбирались на различных горизонтах (12 батометров), от дна до поверхности. Три батометра промывались спиртом для отбора воды на микробиологический анализ. Из других батометров пробы воды отбирались для извлечения газа и его анализа на хроматографе, по девять проб на каждой станции.

– Расскажите о каждом виде исследований, начиная – с магнитометрических и гравиметрических, и о предварительных результатах.

– Магнитометрические исследования проводились с использованием двух магнитометров. Один магнитометр выпускался за борт судна на кабель-тросе на расстоянии 250 м, другой на расстоянии 300 м. Такая методика измерения магнитного поля позволяет записать градиентный результат, обработка которого по специальной программе даёт возможность картировать зоны разломов и более детально исследовать геолого-структурное строение района исследований. Вместе с магнитными выполнялись гравиметрические исследования гравиметром. Магнитные и гравиметрические исследования выполнялись на ходу судна со скоростью 8 узлов. Гравиметр использовался марки Чекан АМ.

– Как проходили литологические и гидрологические исследования?

– Выполнено 20 литологических станций с отбором проб донных осадков и 20 гидрологических станций с отбором проб воды на разных горизонтах и непрерывным измерением температуры и солёности водной толщи. В районе работ выполнено два профиля станций во впадине Дерюгина с пересечением шельфа склона и ложа впадины, с глубины 115 м до глубины 1050 м. На северном профиле выполнено пять комплексных станций с отбором донных осадков и воды, на южном профиле – четыре станции. Трубка для отбора проб осадков имела утяжелённую конструкцию с длиной приёмной части керна 4 м. Длина отобранного керна составляла от 1.5 до 3.5 м. В трёх колонках осадков в нижнем интервале керна обнаружены серые нарушенные алевро-пелитовые осадки, с высоким содержанием газа, в том числе метана до 200 мл/л и углекислого газа до 40 мл/л, наличием карбонатных конкреций, обломов ракушек и микрокусочков газогидратов (наногидратов). Эти осадки встречены в районе структур с потоками пузырей газа (метана) из донных отложений в воду и наличия в осадках газогидратов (станции Ор52-01, -05, -29).

– Анатолий Иванович, ещё находясь в рейсе, с НИС «Академик Опарин» вы сообщили об интересной, возможно, археологической находке. Что это?

– В процессе отбора донных осадков трубкой на станции Ор52-19 на глубине моря 1059 м и в толще осадка, в керне трубки на глубине от поверхности 3м 25см, был обнаружен четырёхугольный предмет с острыми, с обеих сторон как иголка концами, длиной 9 см и шириной в центре 2 см. Предположительно, это обработанный осколок кремния древними аборигенами для охоты. Возможно, этот предмет быта древних людей представляет интерес для археологов. Конечно, попадание этого предмета в трубку в море и в толще осадка тоже является исключительным случаем.

Вот та самая археологическая находка – предмет-пика

– Действительно, любопытно. Но вернёмся к исследованиям – газогеохимическим.

– Измерение концентрации метана производилось на борту судна методом газовой хроматографии. При подготовке проб для анализа газа в донных осадках и воде использовался метод равновесных концентраций Head Space и дегазации. 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 анализов состава газа донных осадков – 90 и воды – 350.

Важно отметить, что изменения концентраций метана по горизонтам хорошо коррелируют с изменением температуры, солёности и мутности этих же горизонтов (слоев воды). Причём в придонных слоях воды концентрации метана аномальные 600-13000 нл/л (нанолитров на литр). Это говорит о подтоке метана из более глубоких горизонтов осадочных отложений, возможно нефтесодержащих слоев. В донных осадках в районе нарушенного керна, в том числе с микрокусочками газогидратов, концентрация метана достигает 100-200 мл/л. На станциях Ор52-01, -05, -27 обнаружен этан от 8 до 980 мкл/л, что подтверждает участие термогенного метана нефтегазовых залежей в образовании газогидратов и формировании высокой загазованности донных осадков. Этот же критерий служит индикатором наличия в этом регионе нефтегазовых залежей.

– Расскажите о микробиологических исследованиях.

– Основная цель микробиологических исследований – выяснить взаимосвязь микробной продукции метана с аномальными полями концентрации метана в воде и донных осадках. Это важно для оценки участия метанобразующих бактерий в формировании аномальных полей метана, в том числе газогидратов, и роль метаноокисляющих бактерий в утилизации метана в районах его аномальных концентраций. Обработка микробной продукции продолжается, но предварительно уже ясно, что в аномальных полях метана присутствует значительное сообщество бактерий, которые быстро вырастают в питательной среде. При отсутствии аномальных концентраций метана вырастают единичные микробы.

– Экипаж рейса был международным. Как проходило научно-техническое сотрудничество с зарубежными специалистами? Каковы перспективы их развития?

– Научные исследования в рейсе выполнялись с участием сотрудников института океанографического приборостроения Шаньдунской академии наук Китайской Народной Республики (г. Циндао, Китай), на основании «Соглашения о научном сотрудничестве ТОИ ДВО РАН и Институтом океанографического приборостроения Шаньдунской академии наук Китайской Народной Республики (ИОП ШАН КНР) для выполнения комплексных геофизических, газогеохимических, геологических, литологических, гидроакустических, батиметрических и гидрологических исследований в рамках международного проекта по Контракту от 30 мая 2016 года. Китайская сторона в большей степени наблюдала методы и результаты исследований в целях обучении. Экспедиция им понравилась, и они предлагают заключить новый контракт на проведение совместной экспедиции в 2018 году по нашей заявке на исследования в Охотском и Японском морях. В этом году мы ещё не получили от китайской стороны финансирования, согласно контракта. Дальнейшие с ними совместные исследования будут зависеть от выполнения ими обязательства по контракту.

– Анатолий Иванович, море непредсказуемо, оно живёт по своим законам. Были ли в рейсе особые случаи?

– В период экспедиции нашу территорию исследований накрывал циклон со скоростью ветра 20-22 м/с. Пришлось укрываться в бухте Северной острова Сахалина. По штормовым условиям задержались на 2.5 суток. В это время выполнялись газогеохимические и другие лабораторные анализы, проведены три российско-китайских семинара. Сергей Плетнёв рассказал о возможности датировок возраста осадков, Анна Пономарёва – о процессе изучения микробов, а я провёл обзор геологического строения района исследований. По окончании экспедиции сделан семинар о результатах выполнения работ в экспедиции, плане составления отчёта и публикаций.

– Можно ли уже сделать выводы по прошедшей экспедиции?

– Результаты геофизических съёмок улучшили наши представления о геологическом строении фундамента и осадочного чехла района исследований на Сахалинском северо-восточном шельфе склоне. Над шельфом обнаружено повышенные магнитное и гравитационное поля, которые на склоне впадины Дерюгина уменьшаются. В районе впадины Дерюгина отмечены участки с повышением магнитного и гравитационного полей. Фундаментом Охотского моря является литосферная плита, контролируемая глубинными зонами разломов и субдукционными процессами. На акватории Охотского моря фундамент имеет возраст мезозойско-кайнозойский. Мощность земной коры во впадине Дерюгина составляет около 24 км. В кайнозое началась перестройка земной коры и деструктивные процессы в связи с активизацией мантийных плюмов, как результат апвелинга астеносферных диапиров в миоцене. На структурное построение Охотоморской плиты оказало воздействие движущихся тектонических плит – в восточном направлении Евроазиатского континента и навстречу ей движение Тихоокеанской плиты, субдуцирующей под Охотоморский массив в районе Курильских островов, что приводит к формированию зон растяжения, зон разломов и зон сжатия в регионе. Впадина Дерюгина с осадочным комплексом немагнитных пород с отрицательной магнитной аномалией, достигающей -200 нТл, граничит с офиолитовым поясом ультраосновных и основных пород с высоким магнитным полем 1000-1200 нТл Восточного Сахалина. Поэтому в зоне перехода от Восточного Сахалина к впадине Дерюгина на шельфе наблюдается магнитное поле выше, чем на склоне впадины. В районах с выходами метана, газогидратами, карбонатными конкрециями магнитное поле повышается, возможно, в связи с формированием аутигенной минерализации с повышенными магнитными свойствами (сульфиды, пирротин и др.) и влиянием глубинных разломов. Гравитационное поле над впадиной Дерюгина отрицательное, в связи с наличием мощного осадочного чехла – до 10-12 км.

Получен большой объём новых данных, анализ и интерпретация которых позволит более детально понять историю развития зоны перехода от Восточной окраины о. Сахалин и западной части впадины Дерюгина. Таких детальных исследований в изучаемом районе не было. Эти данные помогут понять историю геологического развития региона, взаимоотношения фундамента и осадочного чехла, источников углеводородов и процесса формирования залежей нефти и газа.

Изучен газовый состав воды и осадков. Аномальные концентрации метана в осадке достигают 100-200 мл/л, а в воде – 10-13 мкл/л. Это говорит о высоком нефтегазоносном потенциале этого региона. Изучение микробной деятельности показало, что микробы присутствуют и развиваются в районе аномальных полей метана, а на фоновых площадях они почти отсутствуют.

Состояние судна удовлетворительное. Экипаж и научный состав работали слаженно и результативно, мы находили полное взаимопонимание. Научный состав благодарит капитана судна О.М. Цуканова и экипаж за помощь в успешном выполнении запланированных в экспедиции исследований. Нам старались помочь максимально эффективно выполнить программу геологических и геофизических исследований, в отборе проб донных осадков и воды. Благодаря совместным слаженным действиям экспедиция прошла успешно.

Спасибо УНИФ ДВО РАН и ФАНО за содействие в решении вопросов организации экспедиции.

– Анатолий Иванович, когда планируете следующий научный рейс?

– В следующем, 2018 году мы планируем международную экспедицию в Японском море, где мы открыли массивные газогидраты на глубине 600 м в Татарском проливе (подготовлен Меморандум о сотрудничестве с лабораторией изучения газогидратов Японии), в Охотском море в районе Курильского грязевого вулкана на западном склоне Курильской котловины и в районе баритовых холмов на северо-востоке Охотского моря. В этих районах важно выполнить детальные исследований нашим геолого-геофизическим комплексом для понимания геологических процессов формирования этих структур.