О задачах экспедиции Class@Baikal-2015
Вторая Международная студенческая экспедиция Class@Вaikal пройдет в период с 8 по 29 июля 2015 года на научно-исследовательском судне «Г.Ю.Верещагин» в акватории озера Байкал. В планах экспедиции – продолжение изучения уникальных природных процессов на дне озера Байкал. Участники экспедиции познакомятся с современными методами геолого-геофизических и геохимических исследований придонных слоев; на практике освоят работу с экспедиционным оборудованием. Как и в ходе Первой экспедиции, состоявшейся в 2014 году, участники рейса будут ежедневно готовить и выкладывать на специальную страницу в интернете подробный и хорошо иллюстрированный отчет о проведенных экспедиционных работах. Также в ходе экспедиции, на борту судна будут проводиться ежедневные научные и научно-образовательные лекции и семинары. Материалы лекций и семинаров будут ежедневно выкладываться в интернет вместе с веб-отчетами о ходе работ экспедиции.
Полигоны работ в экспедиции Class@Baikal 2015
Полигон 1. Район газовых сипов «Голоустное»
Один из наиболее изученных районов фокусированной разгрузки газа на дне озера Байкал расположен недалеко от устья реки Голоустная (Южная котловина). Ранее в этом районе был выполнен комплекс геолого-геофизических работ, включающий съемку дна гидролокатором бокового обзора (ГБО), однолучевым и многолучевым эхолотами, сейсмоакустическое профилирование, геологические наблюдения с глубоководных обитаемых аппаратов (ГОА) «МИР», геологическое опробование донных отложений (Granin et al., 2010, Hachikubo et al., 2010, Khlystov et al., 2013).
В пределы района исследований попадают современная авандельта р. Голоустная и подводная возвышенность к юго-западу от неё. Весь район представляет собой часть обширной древней авандельты. В настоящее время осадочное тело древней авандельты подвергается интенсивной эрозии с образованием сложной системы хорошо выраженных и довольно протяженных каньонов. На выровненных возвышенных участках и гребнях между каньонами отмечаются верхне-неоплейстоценовые и голоценовые накопления. На склонах каньонов обнажаются отложения нижнего плейстоцена. В местах разгрузки газа эти отложения часто сцементированы газовыми гидратами. В тальвегах каньонов обнаруживается обломочный материал различного состава и возраста.
Геоморфологическая схема района сипа «Голоустное» с положением зон фокусированной разгрузки газа (Хлыстов и др., 2014 с добавлениями)
История исследований
На склоне и гребне возвышенности в разное время были обнаружены активные газовые сипы, картируемые в виде акустических аномалий («факела») на эхограммах однолучевого эхолота. Первый сип был обнаружен в 2007 г. на глубине 560 м. Благодаря своеобразной форме, он получил название сип «Ступа» (Granin et al., 2010). Открытые следом, в 2008 г., на глубинах от 520 до 345 м выходы газа было решено обозначать буквой «G» и порядковым номером «1», «2», «3», «4» (“G” - от английского написания названия района «Goloustnoe») (Hachikubo et al., 2010). В районе факелов G-1, G-2, расположенных глубже 360 м, были найдены скопления слоистых и линзовидных газовых гидратов (Hachikubo et al., 2010, Khlystov et al., 2013).
Два массивных протяженных прослоя газовых гидратов, каждый мощностью около 15 см, были обнаружены обнажающимися в стенке одного из каньонов в ходе наблюдений, выполненных с ГОА «МИР», на участке вблизи выхода газа «G-2». Гидратные слои были разделены метровым слоем нормальных отложений. В пределах этого же участка над массивными гидратными прослоями с помощью грунтовых трубок были вскрыты многочисленные, хотя и значительно менее мощные, прослойки и линзы газовых гидратов (Khlystov et al., 2013).
В пределах района исследований также была проведена площадная съемка с определением глубины залегания кровли газовых гидратов. Работы выполнялись с использованием пенетрометра путем прямого измерения нагрузки на острие конуса при его внедрении и погружении в грунт. Эти работы позволили впервые на Байкале провести картирование глубины залегания приповерхностных скоплений газовых гидратов. На относительно небольшом участке было обнаружено несколько площадей приповерхностного залегания газовых гидратов (интервалы от ~0 до 0,5 м). Некоторые из таких площадей приурочены к зонами разгрузки газа в пузырьковой форме, расположены рядом с сипами «G-1» и «G-2». Другие не ассоциированы с современными активными сипами но, вероятно, указывают на места разгрузки газа в недалёком прошлом (Хлыстов и др., 2014)
Глубина залегания газовых гидратов в районе сипов «Голоустное» (Хлыстов и др., 2014 с изменениями)
Задачи экспедиции
До сих пор остаётся невыясненной мощность гидратоносного интервала в районе газовой разгрузки «Голоустное». Для решения этой задачи необходимо проведение сейсмопрофилирования с пневмоисточником, нацеленного на обнаружение BSR, совпадающего с нижней границей стабильности газовых гидратов.
В ходе экспедиции планируется выполнение нескольких сейсмических профилей в районе, а также комплексное геолого-геохимическое донное опробование.
Литература:
Granin N.G., Makarov M.M., Kucher K.M., Gnatovsky R.Y. Gas seeps in Lake Baikal —detection, distribution, and implications for water column mixing. // Geo-Marine Letters, 2010, v. 30, р. 399 – 409.
Hachikubo, A., Khlystov, O., Krylov, A., Sakagami, H., Minami, H., Nunokawa, Y.,Yamashita, S., Takahashi, N., Shoji, H., Nishio, S.Y., Kida, M., Ebinuma, T.,Kalmychkov, G., Poort, J. Molecular and isotopic characteristics of gas hydrate-bound hydrocarbons in southern and central Lake Baikal // Geo-Marine Letters, 2010, v. 30, р. 321–329.
Khlystov O.M., De Batist M., Shoji H., Hachikubo A., Nishio S., Naudts N., Poort J., Khabuev A., Belousov O.М., Manakov A. Y., Kalmychkov G.V. Gas hydrate of Lake Baikal: Discovery and varieties. // J Asia Earth Sci., 2013, v. 62, р. 162-166.
Хлыстов О.М., Нишио Ш., Манаков А.Ю., Сугияма Х., Хабуев А.В., Белоусов О.В., Грачев М.А. Опыт картирования кровли приповерхностных газовых гидратов озера Байкал и извлечение газа из них. // Геология и геофизика. 2014, т. 55, № 9, с. 1415-1425.
Полигон 2. Грязевой вулкан «Большой»
История исследований
Открыт в 1999 г. в ходе съемки дна гидролокатором бокового обзора в рамках проекта INTAS-1915 в совместной российско-бельгийской экспедиции с приглашением геофизической группы «SONIC» (г. Санкт-Петербург) (Van Rensbergen et al., 2002, De Batist et al., 2002). В 2003 г. в ходе геологического опробования этой структуры были обнаружены газовые гидраты и поднята грязевулканическая брекчия (Хлыстов, 2006).
Описание объекта
Грязевой вулкан «Большой» по имеющимся батиметрическим данным имеет две вершины, высота одной из них 18, а другой 25 м. Диаметр основания всей структуры 1,1 км. На сейсмических записях отмечается подводящий канал, характеризующийся «немой» сейсмической записью. Границы подводящего канала с горизонтально залегающими рефлекторами нормальных донных отложений озера довольно резкие. Предполагаемый BSR выклинивается по направлению к постройке вулкана. Грязевой вулкан приурочен к системе разрывных нарушений.
Задачи экспедиции
В ходе экспедиции планируется проведение комплексных геолого-геофизических и геохимических исследований, направленных на уточнение строения и природы грязевого вулкана. Будут выполнены высокоразрешающие сейсмоакустические профили с профилографом для изучения характера залегания и особенностей режима газоразгрузки в приповерхностных донных илах. Планируется проведение экспериментов по инсталляции на борту и отработке оптимального режима прифилирования с сейсмической системой с пневмоисточником, впервые в экспедициям Class@Baikal. В случае успеха, ожидается получение уникальных данных о характере распространения и рельефе поверхности BSR. Запланирован внушительный объем донного геологического опробования постройки грязевого вулкана и нормальных пелагических отложений вокруг. Опробование будет выполнено с использованием ударной трубки, снабженной датчиками для попутного измерения теплового потока. Данные о тепловом потоке позволят теоретически рассчитать глубину залегания BSR. Сопоставление расчётной глубины BSR с глубиной BSR, фиксируемой на сеймозаписях, должно помочь в определении всех параметров, влияющих на формирование BSR в районе. Кроме того, планируется отбор проб сопочных отложений на диатомовый анализ для определения возраста грязевулканических излияний и возраста материала, слагающего эти отложения. Результатом комплексных исследований должно стать построение модели данного грязевого вулкана.
Грязевой вулкан «Большой».
а - батиметрическая схема (по данным съемки дна озера многолучевым эхолотом в 2009 г. в рамках проектов Программы РАН 17.8 и FWO Flanders project 1.5.198.09);
б – мозаика ГБО (2005 г.);
в – профиль профилографа, установленного на ГБО (2005 г.)
Грязевой вулкан Большой.
а – перспектива;
б – профиль профилографа 2005 г.;
в – сейсмический профиль 2002 г. Интерпретация по Cuylaerts M. et al., 2010
Литература:
1. Van Rensbergen P., De Batist M., Klerkx J., Hus R., Poort J., Vanneste M., Granin N., Khlystov O., Krinitsky P. Sublacustrine mud volcanoes and methane seeps caused by dissociation of gas hydrates in Lake Baikal. // Geology. 2002, v. 30, № 7, pp. 631-634.
2. De Batist M., Klerkx J., Van Rensbergen P., Vanneste M., Poort J., Golmshtok A., Kremlev A., Khlystov O., Krinitsky P. Active Hydrate Destabilisation in Lake Baikal, Siberia? // Terra Nova. 2002; v. 14, № 6, pp. 436-442.
3. Хлыстов О.М. Новые находки газовых гидратов в донных осадках озера Байкал // Геология и Геофизика. 2006, Т. 47, № 8, с. 979-981.
4. Cuylaerts M.,, Naudts L., Casier R., Khabuev A.V., Belousov O.V., Kononov E.E., Khlystov O.M., De Batist M. Distribution and morphology of mud volcanoes and other fluid flow-related lake-bed structures in Lake Baikal, Russia. // Geo-Marine Letters. 2012, v. 32, № 5, pp. 383-394.
Полигон 3. Сип « Красный Яр»
История исследований
Структуры «Красный Яр - 1», «Красный Яр – 2» и «Красный Яр - 3» были обнаружены в ходе геофизической съемки гидролокатором бокового обзора (ГБО) западной части авандельты р.Селенга в 2007 году. На сонограмме они обнаруживались как три аномальных участка с высоким сигналом обратного рассеивания (backscatter). Данные структуры находятся в интервале глубин 740-780 метров и их размеры составляют приблизительно 425х500, 200х880 и 210х460 метров. На временных разрезах профилографа к каждой из структур наблюдаются подводящие каналы, вероятно, газонасыщенные. Ранее в районе сипа "Красный Яр - 1" был обнаружен выход газа (Granin et al., 2010). Первое геологическое опробование структур «Красный Яр» было проведено в 2012 году. Было установлено, что газовые гидраты встречаются исключительно в контурах участков с высоким обратным рассеиванием (Хабуев и др., 2015). В ходе съемки дна многолучевым эхолотом в 2009 г. рядом со структурами, вверх по склону котловины Байкала, было обнаружено хорошо выраженное в рельефе оползневое тело. Стенка отрыва оползневого теля определяется на глубинах от 360 до 380 м.
Структуры газовой разгрузки на дне «Красный Яр» и оползневое тело на данных профилографа, гидролокатора бокового обзора и многолучевого эхолота
Задачи экспедиции
В 2015 г. планируется выполнить повторную съемку с ГБО через сипы, а также впервые закартировать с ГБО оползневой участок склона. Среди задач экспедиционных работ - отобрать пробы донных осадков, газа и поровой воды как внутри участков с повышенным обратным рассеиванием, так и за их пределами. С помощью термодатчиков, установленных на ударной трубке, будут выполнены in situ замеры температур в донных отложениях. Сейсмическое профилирование будет направлено на картирование BSR и определение рельефа его поверхности.
Полигон 4. Сипы «Санкт-Петербург»
История исследований
В рамках проекта INTAS в 2002 г. была организована совместная российско-бельгийская геофизическая экспедиция в акватории озера Байкал. В ходе съемки дна средней котловины озера Байкал гидролокатором бокового обзора (группа Сонник, г. Санкт-Петербург) и сейсмоакустического профилирования (группа геофизиков института нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН, г. Новосибирск) были обнаружены две положительные структуры, приуроченные к уступу, вероятно, тектонической природы и хорошо выраженному в рельефе дна.
Район сипов «Санкт-Петербург» с расположением основных объектов исследований (батиметрия по данным проектов Программы РАН 17.8 и FWO Flanders project 1.5.198.09)
Основываясь на полученных данных, была высказана идея о грязевулканической природе этих структур. Одна из них была названа «Новосибирск», другая - «Санкт-Петербург». В ходе дальнейших исследований предположение о грязевулканической природе структуры «Новосибирск» полностью подтвердилось – с этой структуры ударными трубками были отобраны довольно типичные сопочные отложения, удалось закартировать участки распространения грязевулканических отложений и поля приповерхностных газовых гидратов. Грязевой вулкан Новосибирск был одним из объектов исследований в ходе экспедиции Class@Baikal-2014. В настоящее время ведутся работы по детальному изучению состава и строения и типизации отложений этого вулкана.
Строение и, вероятно, природа структуры «Санкт-Петербург» существенно более сложное. Детальные исследования выполнены для северо-восточной её части. Здесь обнаружен интенсивный газовый сип типа «факела», хорошо фиксируемый на акустических записях (Granin et al., 2010). Здесь же, с помощью ГОА «МИР» в 2009 г. были обнаружены скопления приповерхностных газовых гидратов недалеко от зоны фокусированной разгрузки газа (Егоров и др., 2009). В 2014 г. в совместной российско-японской экспедиции исследовалась юго-западная часть структуры. В ходе работ были получены образцы газовых гидратов из сипа у подножья уступа. Сип получил название «Санкт-Петербург-2». Его размер - около 500 м в диаметре.
Отмечается, что в пределах зоны разгрузки «Санкт-Петербург», включая её обе изученные части, сопочные отложения никогда не отбирались. Опробованный ударными трубками разрез всегда был представлен газонасыщенным диатомовым илом с маломощными глинистыми прослоями, а также с прослоями и линзами песка и алеврита (вероятно, турбидиты), иногда с включениями карбонатов.
Объемная панорама района сипов «Санкт-Петербург»
Задачи экспедиции
В экспедиции Class@Baikal-2015 работы будут сфокусированы на изучении сипа «Санкт-Петербург-2». Будет продолжено донное опробование и поиск приповерхностных скоплений газовых гидратов. Планируется провести измерения теплового потока, выполнить несколько профилей акустической съемки и сеймопрофилирования. Среди задач – установление генезиса структуры и определение закономерностей формирования гидратных скоплений в её пределах. Интересным представляется выяснение природы песчаных накоплений, определение источника и анализ направлений и расстояний транспортировки обломочного материала.
Полигон 5. Глубоководная осадочная система Хурай
История исследований и описание объекта
Современный эрозионный врез, рассекающий тектоническую ступень на дне Байкала на траверсе пади Ташкиней острова Ольхон, был обнаружен предыдущими экспедициями. Он хорошо «читается» на детальной батиметрической карте средней котловины Байкала, составленной по результатам работ в рамках Программы РАН 17.8 (2009) и проекта FWO Flanders (1.5.198.09) (http://lin.irk.ru/multibeam/ru/). Кроме того, данная структура была пересечена, в 2002 году, одним из профилей съемки высокого разрешения с гидролокатором бокового обзора (ГБО), выполняемой в ходе российско-бельгийской геофизической экспедиции по проекту ИНТАС. На данных ГБО крупная промоина (каньон) также обозначается отчетливо. Впервые донное опробование каньона было осуществлено в совместной экспедиции МГУ имени М.В. Ломоносова и ЛИН СО РАН Class@Baikal-2014 летом 2014 года.
Генеральная схема положения и строения глубоководной осадочной системы Хурай
Восемь станций донного пробоотбора были выполнены трехметровой ударной трубкой. Разрез, вскрытый в осевой части вреза, характеризовался широким распространением оползневых накоплений, перекрытых отложениями мутьевых потоков, что весьма типично для каньонов систем глубоководных конусов выноса. На обоих бортах каньона были вскрыты разрезы тонкого переслаивания глинистых, алевритовых и песчаных прослоев с ярко выраженной градационной слоистостью, характеризующие зоны заплеска мутьевых потоков за прирусловые валы. У подножья каньона современный разрез составляли песчаные, алевритовые и глинистые интервалы, сильно варьирующие в мощности, типичные для осадочных лопастей конуса выноса.
В экспедиции Class@Baikal-2014 также было обращено внимание на то, что изучаемый каньон вверх замыкается протяженным каналом, также отчетливо выраженным на детальной батиметрической карте. Колонка, отобранная здесь, представляла типичный разрез русла дистальной части глубоководного канала. Генетическая связь (принадлежность к единой осадочной системе) канала и исследованного вреза (каньона) была окончательно установлена на основании изучения отобранного материала.
Русло (канал) хорошо прослеживается по дну Байкала до траверса пади Хурай-Хылзын острова Ольхон. Очевидно, вся осадочная система связана с выносом материала из этой пади. По примеру широко известных глубоководных осадочных систем, называемых по имени основного «поставщика» терригенного материала (e.g. конус выноса Конго, конус выноса Роны, конус выноса Амазонки и т.д.), участниками рейса Class@Baikal-2014 обнаруженная осадочная система была названа «конусом выноса Хурай», а её элементы, соответственно «канал Хурай» и «каньон (русло) Хурай». От «классических» систем глубоководных конусов выноса эта байкальская система отличается наличием второго каньона и его необычным расположением (между руслом и лопастями выноса, а не только над/перед руслом), обусловленным сформированной на дне Байкала ступенью неотектонической природы.
Объемное изображение дистального комплекса глубоководной осадочной системы Хурай (дистальная часть русла, каньон и осадочные лопасти), изученного в экспедиции Class@Baikal-2014, с нанесенными профилем ГБО 2002 года и положением станций пробоотбора 2014 года. Использованы данные батиметрии, полученные по Программе РАН 17.8 (2009) и проекта FWO Flanders (1.5.198.09)
Задачи экспедиции
В экспедиции Class@Baikal-2015 будут продолжены исследования обнаруженной осадочной системы Хурай. Планируется изучение средней и дистальной части транзитного комплекса - русла Хурай, а также аккумулятивного комплекса – осадочных лопастей конуса выноса. Будут выполнены комплексная съемка с набортным профилографом и донное опробование. Полученные материалы должны лечь в основу карты современных осадочных фаций и пролить свет на механизмы и закономерности переноса, распределения и накопления обломочного материала в пределах глубоководных систем, развивающихся в тектонически активных районах.