Субаквальная разгрузка флюидов на дне оз. Байкал: состав, источники и особенности миграции в пределах структуры МГУ

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Проведены геохимические исследования донных отложений структуры МГУ , расположенной в Средней котловине оз. Байкал на глубине 1380 м, на крупном разломе Гидратный . Представлено первое подробное исследование пространственного изменения качественного и количественного состава поровых вод . Впервые представлены данные по содержанию Li, B и Sr в поровой воде донных отложений. Установлено, что в пределах структуры МГУ идет активная разгрузка флюидов , и основные пути приповерхностной миграции приурочены к вершинам холмов структуры на опущенном блоке разлома. Разгружающиеся воды сильно минерализованы ( до 2900 мг/л), обнаруживая самую высокую минерализацию, когда-либо встреча вшуюся в отложениях оз. Байкал , значительно обогащены Mg, Li, B и Sr, но обеднены K. Генезис вод связывается с процессами аутигенного образования и иллитизацией смектитов на глубине осадочного разреза от 1 до 2.5 км . Максимальные значения концентрационных градиентов регистрируются в поровых водах отложений западного холма , что, возможно, свидетельствует о постепенном смещении центра активности флюидного потока вдоль разлома на запад.

Об авторах

Т. В. Погодаева

Лимнологический институт СО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: tatyana@lin.irk.ru
Россия, ул. Улан-Баторская, д. 3, г. Иркутск, 664033

Г. Г. Ахманов

Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова

Email: akhmanov@geol.msu.ru

геологический факультет

Россия, ул. Ленинские горы, д. 1, г. Москва, 119991

Н. А. Онищук

Лимнологический институт СО РАН

Email: tatyana@lin.irk.ru
Россия, ул. Улан-Баторская, д. 3, г. Иркутск, 664033

О. В. Шубенкова

Лимнологический институт СО РАН

Email: tatyana@lin.irk.ru
Россия, ул. Улан-Баторская, д. 3, г. Иркутск, 664033

А. В. Хабуев

Лимнологический институт СО РАН

Email: tatyana@lin.irk.ru
Россия, ул. Улан-Баторская, д. 3, г. Иркутск, 664033

О. М. Хлыстов

Лимнологический институт СО РАН

Email: oleg@lin.irk.ru
Россия, ул. Улан-Баторская, д. 3, г. Иркутск, 664033

Список литературы

  1. Ахманов Г. Г., Хлыстов О. М., Соловьева М. А., Ефремов В. Н., Видищева О. Н., Маццини А., Кудаев А. А., Буланова И. А., Барымова А. А., Гордеев Е. К., Деленгов М. Т., Егошина Е. Д., Сорокоумова Я. В., Понимаскин П. О. (2018) Открытие новой гидратоносной структуры на дне оз. Байкал. Вестник Московского университета. Серия Геология . 4 (5), 111–116.
  2. Барам Г. И., Верещагин А. Л., Голобокова Л. П. (1999) Применение микроколоночной высокоэффективной жидкостной хроматографии с УФ-детектированием для определения анионов в объектах окружающей среды. ЖАХ . 54 (9), 962–965.
  3. Видищева О. Н., Ахманов Г. Г., Соловьева М. А., Маццини А., Хлыстов О. М., Егошина Е. Д., Кудаев А. А., Корост Д. В., Е. Н. Полудеткина, Морозов Н. В., Григорьев К. А. (2021) Особенности разгрузки углеводородных газов вдоль разлома Гидратный (озеро Байкал). Вестник Московского университета. Серия Геология. 4 (3), 3–16.
  4. Вологина Е. Г., Штурм М., Воробьева С. С., Гранина Л. З., Тощаков С. Ю. (2003) Особенности осадконакопления в озере Байкал в голоцене. Геология и геофизика . 44 (5), 407–421.
  5. Гвоздков А. Н., (1998) Геохимия современных донных осадков озера Байкал. Автореф. дис. … канд. геол.-мин. наук. Иркутск: Институт геохимии им. А. П. Виноградова СО РАН, 26 с.
  6. Голубев В. А. (2007) Кондуктивный и конвективный вынос тепла в Байкальской рифтовой зоне. Новосибирск: Гео, 222 с.
  7. Гольмшток А. Я., Дучков А. Д., Хатчинсон Д. Р., Xанукаев C. Б., Ельников А. И. (1997) Оценки теплового потока на озере Байкал по сейсмическим данным о нижней границе слоя газовых гидратов. Геология и геофизика . 38 (10), 1677–1691.
  8. Гранина Л. З., Каллендер Е., Ломоносов И. С., Мац В. Д., Голобокова Л. П. (2001) Аномалии состава поровых вод донных осадков Байкала. Геология и геофизика . 42 (1–2), 362–372.
  9. Грачев М. А., Домышева В. М., Ходжер Т. В., Коровякова И. В., Голобокова Л. П., Погодаева Т. В., Верещагин А. Л., Гранин Н. Г., Гнатовский Р. Ю., Косторнова Т. Я. (2004) Глубинная вода озера Байкал — природный стандарт пресной воды. Химия в интересах устойчивого развития . 12 , 417–429.
  10. Погодаева Т. В., Земская Т. И., Голобокова Л. П., Хлыстов О. М., Минами Х., Сакагами Х. (2007) Особенности химического состава поровых вод донных отложений различных районов озера Байкал. Геология и геофизика. 48 (11), 1144–1160.
  11. Семинский К. Ж., Черемных А. С., Хлыстов О. М., Ахманов Г. Г. (2022) Разломные зоны и поля напряжений в осадках озера Байкал: тектонофизическая интерпретация гидроакустических и геофизических данных. Геология и геофизика . 63 (7), 1016–1034.
  12. Солотчина Э. П. (2009) Структурный типоморфизм глинистых минералов осадочных разрезов и кор выветривания. Новосибирск: Гео , 234 с.
  13. Солотчина Э. П., Прокопенко А. А., Кузьмин М. И., Василевский А. Н., Шульженко С. Г. (2001) Различия ледниковых и межледниковых ассоциаций глинистых минералов осадков озера Байкал в кернах глубокого бурения BDP-93-2 и BDP-96. Геология и геофизика . 1 (1–2), 146–156.
  14. Ai X., Zha R., Lai Y., Yang T., Su P. (2022) Pore-Water Geochemical Gradients of Sulfate, Calcium, Magnesium, and Iodide Correlated With Underlying Gas Hydrate Potential: A Case Study of the Shenhu Area, South China Sea. Front. Earth Sci. 10 , 882207.
  15. Aloisi G., Drews M., Wallmann K., Bohrmann G. (2004) Fluid expulsion from the Dvurechenskii mud volcano (Black Sea) — part I. Fluid sources and relevance to Li, B, Sr, I and dissolved inorganic nitrogen cycles. Earth Planet. Sci. Lett. 225 , 347–363.
  16. Aloisi G., Pogodaeva T. V., Poort J., Khabuev A. V., Kazakov A. V., Akhmanov G. G., Khlystov O. M. (2019) Biogeochemical processes at the Krasniy Yar seepage area (Lake Baikal) and a comparison with oceanic seeps. Geo-Mar. Lett. 39 , 59–75.
  17. Artemov Y. G., Egorov V. N., Gulin S. B. (2019) Influx of Streaming Methane into Anoxic Waters of the Black Sea Basin. Oceanology 59 , 860–870.
  18. Chatterjee S., Dickens G. R., Bhatnagar G., Chapman W. G., Dugan B., Snyder G. T., Hirasaki G. J. (2011) Pore water sulfate, alkalinity, and carbon isotope profiles in shallow sediment above marine gas hydrate systems: a numerical modeling perspective. J. Geophys. Res. 116 , B09103.
  19. Chen Y., Xu S., Liu W., Zhang Z., Yang T., Xiao X., Deng X., Li J., Yao H., Wu Z. (2024) Assessing biogeochemical controls on porewater dissolved inorganic carbon cycling in the gas hydrate-bearing sediments of the Makran accretionary wedge, Northeastern Arabian Sea off Pakistan. Front. Mar. Sci. 10 ,1181921.
  20. Cuylaerts M., Naudts L., Casier R., Khabuev A. V., Belousov O. V., Kononov E. E., Khlystov O. M., De Batist M. (2012) Distribution and morphology of mud volcanoes and other fluid flow-related lake-bed structures in Lake Baikal, Russia. Geo-Mar. Lett. 32 , 383–394.
  21. Dimitrov L. I. (2002) Mud volcanoes — the most important pathway for degassing deeply buried sediments. Earth-Sci Rev. 59 , 49–76.
  22. Fagel N., Boski T., Likhoshway L., Oberhaensli H. (2003) Late Quaternary clay mineral record in Central Lake Baikal (Academician Ridge, Siberia). Palaeogeogr. Palaeoclimatol. Palaeoecol. 193 (1), 159–179.
  23. Hachikubo A., Minami H., Sakagami H., Yamashita S., Krylov A., Kalmychkov G., Poort J., De Batist M., Manakov A., Khlystov O. (2023) Characteristics and varieties of gases enclathrated in natural gas hydrates retrieved at Lake Baikal. Sci. Rep. 13 , 4440.
  24. Han X., Suess E., Sahling H., Wallmann K. (2004) Fluid venting activity on the Costa Rica margin: new results from authigenic carbonates. Int. J. Earth. Sci. 93 , 596–611.
  25. Hensen C., Nuzzo M., Hornibrook E., Pinheiro L. M., Bock B., Magalhaes V. H., Bruckmann W. (2007) Sources of mud volcano fluids in the Gulf of Cadiz — indications for hydrothermal imprint Geochim. Cosmochim. Acta , 71 , pp. 1232–1248
  26. http://seis-bykl.ru
  27. https://projects.nilu.no/ccc/intercomparison/index.html.
  28. H ü pers A. and Kopf A. J. (2012) Effect of smectite dehydration on pore water geochemistry in the shallow subduction zone: An experimental approach. Geochem. Geophys. Geosyst. 13 , Q0AD26.
  29. Ijiri A., Setoguchi R., Mitsutome Y., Toki T., Murayama M., Hagino K., Hamada Y., Yamagata T., Matsuzaki H., Tanikawa W., Tadai O., Kitada K., Hoshino T., Noguchi T., Ashi J., Inagaki F. (2023) Origins of sediments and fluids in submarine mud volcanoes off Tanegashima Island, northern Ryukyu Trench, Japan. Front. Earth Sci. 11, 1206810.
  30. Judd A., Hovland M. (2007) Seabed fluid flow. The Impact of Geology, Biology and the Marine Environment. Cambridge University, Cambridge.
  31. Kastner M., Elderfield H., Martin J. B. (1991) Fluids in convergent margins: what do we know about their composition, origin, role in diagenesis and importance for oceanic chemical fluxes? Philos. Trans. R. Soc. London Ser. A 335 , 243–259.
  32. Kawada Y., Toki T., Kinoshita M., Joshima M., Higa R., Kasaya T., Tsunogai U., Nishimura K., Kisimoto K. (2014) Tracing geologically constrained fluid flow pathways using a combination of heat flow measurements, pore water chemistry, and acoustic imaging near the deformation front of the Nankai Trough off the Muroto Peninsula, Japan. Tectonophysics 618 , 121–137.
  33. Khlystov O. M., Batist M., Minami H., Hachikubo A., Khabuev A. V., Kazakov A. V. (2022) The position of gas hydrates in the sedimentary strata and in the geological structure of Lake Baikal. In: Mienert J., (Ed.) World Atlas of Submarine Gas Hydrates in Continental Margins. Switzerland: Springer Nature Switzerland AG, 515 p.
  34. Kim J. H., Park M. H., Ryu J.S, Jang K., Choi J., Park S., Song Y., Yi B. Y., Joo Y. J., Kim T. H., Hur J/ (2024) Exploring the pore fluid origin and methane-derived authigenic carbonate properties in response to changes in the methane flux at the southern Ulleung Basin, South Korea. Front. Mar. Sci. 10 ,1156918.
  35. Kinoshita M., Ijiri A., Haraguchi S., Jiménez-Espejo F.J., Komai N., Suga H., Sugihara T., Tanikawa W., Hirose T., HamadaY., Gupta L., Ahagon N., Masaki Y., Abe N., Wu H., S., Weiren Lin, Yamamoto Y., Yamada Y. (2019) Constraints on the fluid supply rate into and through gas hydrate reservoir systems as inferred from pore-water chloride and in situ temperature profiles, Krishna-Godavari Basin, India. J. Mar. Petrol. Geol. 108 , 368–376.
  36. Kopf A. J. (2002) Significance of mud volcanism. Rev. Geophys. 40 , 1–51.
  37. López-Rodríguez C., De Lange G. J., Comas M., Martínez-Ruiz F., Nieto F., Sapart C. J., Mogollón J. M. (2019) Recent, deep-sourced methane/mud discharge at the most active mud volcano in the western Mediterranean. Mar. Geol . 408 , 1–17.
  38. Mazzini A., Etiope G. (2017) Mud volcanism: an updated review. Earth Sci. Rev. 168 , 81–112.
  39. Milkov A. V. (2000) Worldwide distribution of submarine mud volcanoes and associated gas hydrates. Mar. Geol. 167 , 29–42.
  40. Milkov A. V., Vogt P. R., Crane K., Lein A. Y., Sassen R., Cherkashev G. A. (2004) Geological, geochemical and microbial processes at the hydrate-bearing Håkon Mosby mud volcano: a review. Chem. Geol. 205, 347–366.
  41. Mills M. M., Sanchez A. C., Boisvert L., Payne C. B., Ho T. A., Wang Y. (2023) Understanding smectite to illite transformation at elevated (>100 °C) temperature: Effects of liquid/solid ratio, interlayer cation, solution chemistry and reaction time. Chem. Geol. 615 , 121214.
  42. Minami H., Hachikubo A., Yamashita S., Sakagami H., Kasashima R., Konishi M., Shoji H., Takahashi N., Pogodaeva T., Krylov A., Khabuev A., Kazakov A., De Batist M., Naudts L., Chensky A., Gubin N., Khlystov O. (2018) Hydrogen and oxygen isotopic anomalies in pore waters suggesting clay mineral dehydration at gas hydrate-bearing Kedr mud volcano, southern Lake Baikal, Russia. Geo-Mar. Lett. 38 , 403–415.
  43. Och L. M., Müller B., Voegelin A., Ulrich A., Göttlicher J., Steiniger R., Mangold S., Vologina E. G., Sturm M. (2012) New insights into the formation and burial of Fe/Mn accumulations in Lake Baikal sediments. Chem. Geol. 330–331 , 244–259.
  44. Ohazuruike L., Lee K. J. (2023) A comprehensive review on clay swelling and illitization of smectite in natural subsurface formations and engineered barrier systems. Nucl. Eng. Technol. 55 (4), 1495–1506.
  45. Pimenov N. V., Ul’yanova M.O., Kanapatskii T. A., Sivkov V. V., Ivanov M. V. (2008) Microbiological and biogeochemical processes in a pockmark of the Gdansk Depression, Baltic Sea. Russian. Microbiol. 77 (5), 651–659.
  46. Pogodaeva T. V., Lopatina I. N., Khlystov O. M., Egorov A. V., Zemskaya T. I. (2017) Background composition of pore waters in Lake Baikal bottom sediments. J. Great Lakes Res. 43 (6), 1030–1043.
  47. Pogodaeva T. V., Poort J., Aloisi G., Bataillard L., Makarov M. M., Khabuev A. V., Kazakov A. V., Chensky A. G., Khlystov O. M. (2020) Fluid migrations at the Krasny Yar methane seep of Lake Baikal according to geochemical data. J. Great Lakes Res. 46 (1), 123–131.
  48. Rudebusch J. A., Prouty N. G., Conrad J. E., Watt J. T., Kluesner J. W., Hill J. C., Miller N. C., Watson S. J., Hillman J. T. (2023) Diving deeper into seep distribution along the Cascadia convergent margin, United States. Front. Earth Sci. 11:1205211.
  49. Scholz F., Hensen C., Schmidt M., Geersen J. (2013) Submarine weathering of silicate minerals and the extent of pore water freshening at active continental margins. Geochim. Cosmochim. Acta 100 (12), 200–216.
  50. Solovyeva M. A., Akhmanov G. G., Mazzini A. Khabuev A. V., Khlystov O. M. (2020) The Gydratny Fault zone of Lake Baikal. Limnol. and Freshwater Biol. 1 , 368–373.
  51. Suess E. (2018) Marine Cold Seeps: Background and Recent Advances In: Wilkes H. (Ed) Hydrocarbons, Oils and Lipids: Diversity, Origin, Chemistry Fate. Springer International Publishing AG, part of Springer Nature, 1–23.
  52. Syrbu N., Kholmogorov A., Maltseva E., Venikova A. (2024) Cold Seeps and Heat Flow: Gas Hydrate Provinces Offshore Sakhalin Island. Water 16 (2), 213.
  53. Turco F., Ladroit Y., Watson S. J., Seabrook S., Law C. S., Crutchley G. J., Mountjoy J., Pecher I. A., Hillman J. T., Woelz S., Gorman A. R. (2022) Estimates of Methane Release From Gas Seeps at the Southern Hikurangi Margin, New Zealand. Front. Earth Sci. 10 , 834047.
  54. Vanneste H., Kelly-Gerreyn B. A., Connelly D. P., James R. H., Haeckel M., Fisher R. E., Heeschen K., Mills R. A. (2011) Spatial variation in fluid flow and geochemical fluxes across the sediment–seawater interface at the Carlos Ribeiro mud volcano (Gulf of Cadiz). Geochim. Cosmochim. Acta 75 , 1124–1144.
  55. Wallmann K., Aloisi G., Haeckel M., Tishchenko P., Pavlova G., Greinert J., Kutterolf S., Eisenhauer A. (2008) Silicate weathering in anoxic marine sediments. Geochim. Cosmochim. Acta 72 (12), 2895–2918.
  56. Xu S., Menapace W., Hüpers A., Kopf A. (2021) Mud volcanoes in the Gulf of Cadiz as a manifestation of tectonic processes and deep-seated fluid mobilization. Mar.Pet. Geol. 132 , 105188.
  57. Zemskaya T. I., Pogodaeva T. V., Shubenkova O. V., Chernitsina S. M., Dagurova O. P., Buryukhaev S. P., Namsaraev B. B., Khlystov O. M., Egorov A. V., Krylov A. A., Kalmychkov G. V. (2010) Geochemical and microbiological characteristics of sediments near the Malenky mud volcano (Lake Baikal, Russia), with evidence of Archaea intermediate between the marine anaerobic methanotrophs ANME-2 and ANME-3. Geo-Mar. Lett. 30 (3–4), 411–425.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».