Conditions of clay pulp formation in mud volcanoes of the Kerch-Taman Region according to the data of pyrolytic and geochemical studies

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The pyrolytic characteristics of dispersed organic matter were determined in clay pulp samples collected from 23 mud volcanoes of the Kerch-Taman area (Crimean-Caucasian region). It belongs to type III kerogen, and its level of change corresponds to the earliest stages of oil generation. It is also shown that the organic matter carried out by volcanoes, by its pyrolytic characteristics, is almost a complete analog of the dispersed organic matter present in the clays of the Maikop series sediments. At the same time, in comparison with the latter, the mud-volcanic pulp has a higher content of bitumoids.

The relationship between the kerogen parameter Tmax and different temperature-dependent characteristics of the water (t(Mg-Li) and δ18O in H2O) and gas (δ13C in CH4) phases of mud volcanic emissions was found for the first time for the mud volcanic systems of the Kerch-Taman region. These dependences demonstrate that the the gaseous, liquid, and solid phases of mud-volcanic emissions form in a single deep mud-volcanic reservoir and show the overall direction of changes in the composition of fluid systems with rising formation temperatures. Simultaneously, no discernible organic matter contamination of the clay pulp from the surrounding sediments or the walls of the mud-volcanic channel was found.

Full Text

Restricted Access

About the authors

V. Y. Lavrushin

Геологический институт РАН (ГИН РАН)

Author for correspondence.
Email: v_lavrushin@ginras.ru
Russian Federation, Пыжевский пер., 7, стр. 1, Москва, 119017

A. S. Aidarkozhina

Geological Institute of the Russian Academy of Sciences (GIN RAS)

Email: v_lavrushin@ginras.ru
Russian Federation, Pyzhevsky lane 7, bld. 1, Moscow, 119017

References

  1. Айдаркожина А.С., Лаврушин В.Ю., Кузнецов А.Б., Сокол Э.В., Крамчанинов А.Ю. Изотопный состав стронция в водах грязевых вулканов Керченско-Таманской области // ДАН. 2021. Т. 499. № 1. С. 19–25.
  2. Алиев Ад.А., Гулиев И.С., Дадашев Ф.Г., Рахманов Р.Р. Атлас грязевых вулканов мира. Баку: Nafta-Press, 2015. 322 с.
  3. Баженова О.К., Боден Ф., Сен-Жермес М.Л., Запорожец Н.И., Фадеева Н.П. Органическое вещество в майкопских отложениях олигоцена Северного Кавказа // Литология и полез. ископаемые. 2000. № 1. С. 56–73.
  4. Балакина А.А., Самулева В.И. Геологическая карта. Лист L-37-XIX, XXV масштаб 1 : 200 000. Л.: ВСЕГЕИ, 1973.
  5. Бугрова Э.М., Латыпова М.Р., Копаевич Л.Ф., Гусев А.В. Фораминиферы из глиняной пульпы грязевых вулканов Керченско-Таманской области: Семигорский, сопка Андрусова, Борух-Оба // Вестник Московского университета. Серия 4. Геология. 2023. № 6. С. 34–43.
  6. Буякайте М.И., Лаврушин В.Ю., Покровский Б.Г., Киквадзе О.Е., Поляк Б.Г. Изотопные системы стронция и кислорода в водах грязевых вулканов Таманского полуострова (Россия) // Литология и полез. ископаемые. 2014. № 1. С. 52–59.
  7. Галимов Э.М. Изотопы углерода в нефтегазовой геологии. М.: Недра, 1973. 384 с.
  8. Гончаров И.В., Харин В.С. Использование пиролиза в инертной атмосфере при исследовании органического вещества пород // Проблемы нефти и газа Тюмени. 1982. Вып. 56. С. 8–10.
  9. Губкин И.М., Федоров С.Ф. Грязевые вулканы Советского Союза и их связь с генезисом нефтяных месторождений Крымско-Кавказской геологической провинции. М., Л.: Изд-во АН СССР, 1938. 44 с.
  10. Дахнова М.В. Применение геохимических методов исследований при поисках, разведке и разработке месторождений углеводородов // Геология нефти и газа. 2007. № 2. С. 81–89.
  11. Дриц В.А., Коссовская А.Г. Глинистые минералы: смектиты, смешанослойные образова-ния. М.: Наука, 1990. 214 с.
  12. Ершов В.В., Левин Б.В. Новые данные о вещественном составе продуктов деятельности грязевых вулканов Керченского полуострова // ДАН. 2016. Т. 471. № 1. С. 82–86.
  13. Иванов В.В., Гулиев И.С. Физико-химическая модель грязевого вулканизма // Проблемы нефтегазоносности Кавказа. М.: Наука, 1988. С. 92–102.
  14. Копаевич Л.Ф., Бугрова Э.М., Латыпова М.Р., Гусев А.В., Калмыков Г.А., Калмыков А.Г. Фораминиферы из глиняной пульпы грязевого вулкана Шуго // Вестник Московского университета. Серия 4. Геология. 2022. № 3. С. 3–16.
  15. Лаврушин В.Ю. Подземные флюиды Большого Кавказа и его обрамления / Отв. ред. Б.Г. Поляк. М.: ГЕОС, 2012. 348 с. (Тр. ГИН РАН. Вып. 599)
  16. Лаврушин В.Ю., Kopf A., Deyhle A., Степанец М.И. Изотопы бора и формирование грязевулканических флюидов Тамани (Россия) и Кахетии (Грузия) // Литология и полез. ископаемые. 2003. № 2. С. 147–182.
  17. Лаврушин В.Ю., Айдаркожина А., Сокол Э.В., Челноков Г.А., Петров О.Л. Грязевулканические флюиды Керченско-Таманской области: геохимические реконструкции и региональные тренды. Сообщение 1. Геохимические особенности и генезис грязевулканических вод // Литология и полез. ископаемые. 2021. № 6. С. 485–512.
  18. Лаврушин В.Ю., Айдаркожина А., Сокол Э.В., Челноков Г.А., Петров О.Л. Грязевулканические флюиды Керченско-Таманской области: геохимические реконструкции и региональные тренды. Сообщение 2. Генезис грязевулканических газов и региональные геохимические тренды // Литология и полез. ископаемые. 2022. № 1. С. 3–27.
  19. Лаврушин В.Ю., Гулиев И.С., Киквадзе О.Е., Алиев Ад.А., Поляк Б.Г., Покровский Б.Г. Воды грязевых вулканов Азербайджана: изотопно-химические особенности и условия формирования // Литология и полез. ископаемые. 2015. № 1. С. 3–29.
  20. Лаврушин В.Ю., Поляк Б.Г., Прасолов Э.М., Каменский И.Л. Источники вещества в продуктах грязевого вулканизма (по изотопным, гидрохимическим и геологическим данным) // Литология и полез. ископаемые. 1996. № 6. С. 625–647.
  21. Лопатин Н.П., Емец Т.П. Пиролиз в нефтегазовой геологии. М.: Наука, 1987. 143 с.
  22. Маслов А.В., Шевченко В.П. Систематика редких и рассеянных элементов в сопочном иле грязевых вулканов Северо-Западного Кавказа // Геохимия. 2020. Т. 65. № 9. С. 886–910.
  23. Попов С.В., Патина И.С. История Паратетиса // Природа. 2023. № 6. С. 1–14.
  24. Попов С.В., Антипов М.П., Застрожнов А.С. и др. Колебания уровня моря на северном шельфе Восточного Паратетиса в олигоцене–неогене // Стратиграфия. Геол. корреляция. 2010. № 18(2). С. 3–26.
  25. Прасолов Э.М. Изотопная геохимия и происхождение природных газов. Л.: Недра, 1990. 283 с.
  26. Холодов В.Н. Постседиментационные преобразования в элизионных бассейнах. М.: Наука, 1983. 151 с.
  27. Холодов В.Н. Грязевые вулканы: закономерности размещения и генезис. Сообщение 2. Геолого-геохимические особенности и модель формирования // Литология и полез. ископаемые. 2002. № 4. С. 339–358.
  28. Холодов В.Н. Грязевые вулканы: Распространение и генезис // Геология и полезные ископаемые Мирового океана. 2012. № 4. С. 5–27.
  29. Туголесов Д.А., Горшков А.С., Мейснер Л.Б., Соловьев В.В., Хахалев В.И. Тектоника мезо-кайнозойских отложений Черноморской Впадины. М.: Недра, 1985. 215 с.
  30. Шардаров А.Н., Малышек В.Т., Пекло В.П. О корнях грязевых вулканов Таманского полуострова // Геологический сборник. Вып. 10. М.: Гостоптехиздат, 1962. С. 53–66.
  31. Шнюков Е.Ф., Науменко П.И., Лебедев Ю.С., Усенко В.П., Гордиевич В.А., Юханов И.С., Щирица А.С. Грязевой вулканизм и рудообразование. Киев: Наукова Думка, 1971. 332 с.
  32. Шнюков Е.Ф., Соболевский Ю.В., Гнатенко Г.И., Науменко П.И., Кутний В.А. Грязевые вулканы Керченско-Таманской области (атлас). Киев: Наукова Думка, 1986. 148 с.
  33. Behar F., Beaumont V., Penteado De B. Rock-Eval 6 Technology: Performances and Developments // Oil and Gas Science and Technology. Rev. IFP. 2001. V. 56. № 2. P. 111–134.
  34. Colten-Bradley V.A. Role of pressure in smectite dehydration – Effects on geopressure and smectite-to-illite transformation // AAPG Bull. 1987. V. 71. P. 1414–1427.
  35. Espitalié J., Laporte J.L., Madec M., Marquis F., Leplat P., Paulet J., Boutefeu F. Méthode rapide de caractéri-sation des roches mères, de leur potentiel pétrolier et de leurdegré d’évolution // Rev. Inst. Français du Pétrole. 1977. V. 32. P. 23–42.
  36. Espitalié J., Bordenave M.L. Rock-Eval pyrolysis / Ed. M.L. Bordenave // Applied Petroleum Geochemistry. Technip ed., Paris. 1993. P. 237–361.
  37. Galimov E.M. Isotope organic geochemistry // Org. Geochem. 2006. V. 37. P. 1200–1262.
  38. Kikvadze O.E., Lavrushin V.Yu., Polyak B.G. Chemical geothermometry: application to mud volcanic waters of the Caucasus region // Frontiers of Earth Science. 2020. V. 14(4). P. 738–757.
  39. Kopf A. Significance of mud volcanism // Rev. Geophys. 2002. V. 40(2). P. 1–52.
  40. Kopf A., Deyhle A., Lavrushin V. et al. Isotopic evidence (He, B, C) for deep fluid and mud mobilization from mud volcanoes in the Caucasus continental collision zone // Int. J. Earth Sci. 2003. V. 92. P. 407–425.
  41. Mazzini A. Mud volcanism: Processes and implications // Mar. Pet. Geol. 2009. V. 26. P. 1677–1680.
  42. Milkov A.V. Worldwide distribution and significance of secondary microbial methane formed during petroleum biodegradation in conventional reservoirs // Org. Geochem. 2011. V. 42. P. 184–207.
  43. Saint-Germes M. Etude sedimentologique et geochimique de la matiere organique du basin Maykopien de la Crimee a l’Azerbaidjan // Mémoires des Sciences de la Terre. Académie de Paris Université Pierre et Marie Curie. 1998. 295 p.
  44. Sokol E., Kokh S., Kozmenko O. et al. Mineralogy and geochemistry of mud volcanic ejecta: a new look at old issues (a case study from the Bulganak field, Northern Black Sea) // Minerals. 2018. V. 8. P. 344.
  45. Sokol E.V., Kokh S.N., Kozmenko O.A. et al. Boron Fate in an Onshore Mud Volcanic Environment: Case Study from the Kerch Peninsula, the Caucasus Continental Collision Zone // Chem. Geol. 2019. V. 525. P. 58–81.
  46. You C.F., Chan L.H., Spivack A.J., Gieskes J.M. Lithium, boron, and their isotopes in sediments and pore waters of Ocean Drilling Program Site 808, Nankai Trough: Implications for fluid expulsion in accretionary prisms // Geology. 1995. V. 23(1). P. 37–40.
  47. You C.-F., Spivack A.J., Gieskes J.M., Martin J.B., Davisson M.L. Boron contents and isotopic compsitions in pore waters: A new approach to determine temperature-induced artifacts – geochemical implications // Mar. Geol. 1996. V. 129. P. 351–361.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Scheme of the tested objects. 1 – natural outcrops of the Maikop series; 2 – tested mud volcanoes; 3 – satellite well of the Kuban superdeep well (well C-1).

Download (42KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Mud volcanoes: Shugo, central salsa (Taman Peninsula) (a), Oldenburg (b) and Tobechik (c) (Kerch Peninsula) (photographs by the authors).

Download (70KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Outcrops of rocks of the upper part of the Maikop series in coastal outcrops of the Sea of ​​Azov (Taman Peninsula). a – Cape Achilleion, b – Ilyich Plateau (photographs by M.R. Latypova).

Download (58KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Changes in Tmax and total organic carbon content (TOC) in samples of Chokrak-Karagan sediments from the core of well C-1 depending on the depth of core sampling (see Table 3).

Download (32KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Modified Van Krevelen diagram for clay pulp samples from mud volcanoes of the Taman (1) and Kerch (2) peninsulas, as well as samples of rocks of the Maikop series from natural outcrops of the studied region (3). Roman numerals (I‒III) indicate the type of kerogen; curved lines show the directions of evolution of the parameters Tmax and HI for kerogens of different types with increasing depth of immersion of sedimentary strata.

Download (19KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. OI and HI ratio in organic matter of clay pulp of Taman (1) and Kerch (2) mud volcanoes and deposits of the Maikop series (3–4): from natural sections of the Kerch-Taman region (3) and core of well C-1 (4). Groups of points of Taman (dashed line) and Kerch (solid line) volcanoes are outlined. Volcanoes: Brsh – Burashsky, Tbch – Tobechik, Enk – Yenikalsky, Andr – Andrusov Sopka.

Download (23KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. The ratio of the oxygen index (OI) values ​​in the organic matter of clay pulp samples and the δ13C (CO2) values ​​in the gases of the Taman (1) and Kerch (2) mud volcanoes. The lines show the trends for the volcanoes of Taman (solid) and Kerch (dashed). Volcanoes: Sopk – Sopka, Tbch – Tobechik, Tsh – Sopka Tishchenko, Enk – Yenikalsky, Bor-Oba – Borukh-Oba. The data on δ13C (CO2) are given according to [Lavrushin et al., 2022].

Download (16KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Relationship between Tmax values ​​and sampling depth of the Maikop series, penetrated by deep boreholes in the West Kuban trough (constructed based on data from [Saint-Germes, 1998]). 1–4 – samples from different boreholes (1 – Severskaya area No. 1; 2 – Severskaya area, boreholes 2, 3 and 4; 3 – Tamanskaya borehole No. 2; 4 – Tamanskaya borehole No. 5). The lines show trends for the Severskaya area boreholes (dashed) and for Tamanskaya borehole No. 5 (solid).

Download (23KB)
Indexing metadata
10. Fig. 9. The ratio of Tmax of clay pulp samples and t(Mg-Li) – the calculated temperatures of formation of the salt composition of mud volcanic waters. The line shows a statistically significant trend. Volcanoes: Gl – Gladkovsky, W-Tc – Western Tsymbaly, Shp – Shapursky, Shps – Shapsugsky, Tbch – Tobechik, Sopk – Sopka, Gnl – Gnilaya Mountain, Сh – Chushka, Vost – Vostok, Burash – Burashsky, Bugas – Bugazsky, Bor-Oba – Borukh-Oba, Semig – Semigorsky, Shugo – Shugo, Andrus – Andrusov Sopka (lateral salsa); Karabet – Karabetova Mountain; Bulgan – Central Lake (Vernadsky Sopka), Olden-1 – Oldenburgsky, Tarh – Bolshoy Tarkhansky (salsa on a salt marsh); Aht – Akhtanizovsky; Bugas – Bugaysky central salsa; Enk – Yenikalsky.

Download (14KB)
Indexing metadata
11. Fig. 10. The ratio of δ18O(H2O) values ​​of mud volcanic waters(?) and Tmax values ​​of clay pulp in mud volcanoes of the Kerch-Taman region. The line shows the trend traced for the figurative points of the group of volcanoes. For volcano designations, see Fig. 9.

Download (12KB)
Indexing metadata
12. Fig. 11. The ratio of Tmax of clay pulp and δ13C(CH4) of the gas phase of mud volcanic emissions of volcanoes in the Kerch-Taman region. The line shows the trend of parameter changes. For volcano designations, see Fig. 9.

Download (15KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

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».