| Резюме PDF RUS. .PDF ENG | Полный текст PDF RUS |
Резюме. Статья продолжает серию исследований формирования и распределения полей повышенных концентраций метана, гелия и водорода на мелководном восточном шельфе о. Сахалин. В ходе комплексной океанографической экспедиции 2024 г. были проведены многочисленные измерения, позволившие выявить локализованные участки выхода газов со дна. Установлены высокие концентрации растворенного метана – 139 нМ/л, гелия – 12 ppm, водорода – 135 ppm, а также углекислого газа – 0.47 %, что может свидетельствовать о глубинном источнике этих газов. Показано, что области формирования полей повышенного содержания метана контролируются региональной системой разломов. Связь между тектоникой и распределением газов является важным фактором для понимания геохимических процессов в этом районе. Анализ данных, полученных в течение различных сезонов, показал существенную сезонную изменчивость в распространении полей повышенных концентраций метана. В теплый период года зоны высоких концентраций метана локализуются в области холодных промежуточных вод Охотского моря. Эти зоны располагаются под нижней границей сезонного пикноклина. Распространение метана к поверхности ограничено, что обусловлено сложной структурой водных масс и процессами вертикальной диффузии. Исследуемая акватория восточного шельфа о. Сахалин подвержена влиянию Восточно-Сахалинского течения, которое играет ключевую роль в распространении растворенных газов, поступающих из источников на дне. Это подчеркивает сложность и многогранность процессов, регулирующих миграцию и распределение газов в морской среде западной части Охотского моря.
Ключевые слова:
растворенный метан, гелий, водород, остров Сахалин, восточный шельф, Восточно-Сахалинское течение, Охотское море
Для цитирования: Холмогоров А.О., Сырбу Н.С., Лобанов В.Б., Жердев П.Д., Мальцева Е.В. Геологические и гидрологические факторы формирования полей повышенных концентраций метана на восточном шельфе острова Сахалин. Геосистемы переходных зон, 2025, т. 9, № 2.
https://doi.org/10.30730/gtrz.2025.0.gah-1, https://elibrary.ru/wvbsfw
For citation: Kholmogorov A.O., Syrbu N.S., Lobanov V.B., Zherdev P.B., Maltseva E.V. Geological and hydrological factors of dissolved methane distribution on the eastern shelf of Sakhalin Island. Geosistemy perehodnykh zon = Geosystems of Transition Zones, 2025, vol. 9, No. 2. (In Russ., abstr. in Engl.).
https://doi.org/10.30730/gtrz.2025.0.gah-1, https://elibrary.ru/wvbsfw
Список литературы
1. Talwani M., Eldholm O. 1973. Boundary between continental and oceanic crust at the margin of rifted continents. Nature, 241: 325–330. https://doi.org/10.1038/241325a0
2. Moore J.C., Vrolijk P. 1992. Fluids in accretionary prisms. Reviews of Geophysics, 30: 113–135. https://doi.org/10.1029/92rg00201
3. Казанин Г.С., Барабанова Ю.Б., Кириллова-Покровская Т.А. Черников С.Ф., Павлов С.П., Иванов Г.И. 2017. Континентальная окраина Восточно-Сибирского моря: геологическое строение и перспективы нефтегазоносности. Разведка и охрана недр, 10: 51–55.
4. Khain V., Polyakova I. 2008. Oil and gas potential of continental margins of the Pacific Ocean. Lithology and Mineral Resources, 43: 81–92. https://doi.org/10.1134/S0024490208010082
5. Konyukhov A.I. 2009. Continental margins: Global belts of oil and gas accumulation. Lithology and Mineral Resources, 44: 513–530. https://doi.org/10.1134/S0024490209060017
6. Oliver J., Isacks B.L., Barazangi M. 1974. Seismicity at continental margins. In: Burk C.A., Drake C.L. (eds) The geology of continental margins. Berlin, Heidelberg, Springer, p. 85–92. https://doi.org/10.1007/978-3-662-01141-6_7
7. Orange D.L., Greene H.G., Reed D., Martin J.B., McHugh C.M, Ryan W., Maher N, Stakes D., Barry J. 1999. Widespread fluid expulsion on a translational continental margin: Mud volcanoes, fault zones, headless canyons, and organic-rich substrate in Monterey Bay, California. Geological Society of America Bulletin, 111(7): 992–1009. https://doi.org/10.1130/0016-7606(1999)111<0992:wfeoat>2.3.co;2
8. Reeburgh W.S. 2007. Oceanic methane biogeochemistry. Chemical Reviews, 107: 486–513. https://doi.org/10.1021/cr050362v
9. Romer M., Sahling H., Pape T., Bohrmann G., Spie? V. 2012. Quantification of gas bubble emissions from submarine hydrocarbon seeps at the Makran continental margin (offshore Pakistan). Journal of Geophysical Research: Oceans, 117(C10): C10015. https://doi.org/10.1029/2011jc007424
10. Shakhova N., Semiletov I., Salyuk A., Yusupov V., Kosmach D., Gustafsson O. 2010. Extensive methane venting to the atmosphere from sediments of the East Siberian Arctic Shelf. Science, 327: 1246–1250. https://doi.org/10.1126/science.1182221
11. Weber T., Wiseman N.A., Kock A. 2019. Global ocean methane emissions dominated by shallow coastal waters. Nature Communication, 10: 4584. https://doi.org/10.1038/s41467-019-12541-7
12. Обжиров А.И., Ильичев В.И., Кулинич Р.Г. 1985. Аномалия природных газов в придонной воде Южно-Китайского моря. Доклады Академии наук СССР, 281(5): 1206–1209.
13. Кулинич Р.Г., Обжиров А.И. 1985. О структуре и современной активности зоны сочленения шельфа Сунда и котловины Южно-Китайского моря. Тихоокеанская геология, 3: 102–106.
14. Abrams M. 1992. Geophysical and geochemical evidence for subsurface hydrocarbon leakage in the Bering Sea, Alaska. Marine and Petroleum Geology, 9(2): 208–221. https://doi.org/10.1016/0264-8172(92)90092-s
15. Hovland M., Croker P.F., Martin M. 1994. Fault – associated seabed mounds (carbonate knolls?) off western Ireland and north-west Australia. Marine and Petroleum Geology, 11(2): 232–246. https://doi.org/10.1016/0264-8172(94)90099-x
16. Рождественский В.С. 1976. О сдвиговых смещениях вдоль зоны Тымь-Поронайского разлома на о. Сахалин. Доклады АН СССР, 230(3): 678–780.
17. Ханчук А.И. 1993. Геологическое строение и развитие континентального обрамления северо-запада Тихого океана: автореферат дис. ... д-ра геол.-минер. наук. Москва, Геологический институт РАН.
18. Чехович В.Д. (ред.) 1993. Тектоника и геодинамика складчатого обрамления малых океанических бассейнов. М.: Наука, 271 с.
19. Isozaki Y. 1996. Anatomy and genesis of a subduction-related orogen: A new view on the geotectonic subdivision and evolution of the Japanese Islands. The Island Arc, 5: 289–320. https://doi.org/10.1111/j.1440-1738.1996.tb00033.x
20. Maruyama S., Isozaki Y., Kimura G., Terabayashi M. 1997. Paleogeographic maps of the Japanese Islands: Plate tectonic synthesis from 750 Ma to the present. The Island Arc, 6: 121–142. https://doi.org/10.1111/j.1440-1738.1997.tb00043.x
21. Гранник В.М. 2005. Сопоставление структурных элементов Сахалина и Хоккайдо. Доклады Академии наук, 400(5): 654–659. EDN: OONLDT
22. Гранник В.М. 2013. Восточно-Сахалинская островодужная система охотоморского региона. Литосфера, 1: 36–51.
23. Zharov A.E. 2005. South Sakhalin tectonics and geodynamics: A model for the Cretaceous-Paleogene accretion of the East Asian continental margin. Russian Journal of Earth Sciences, 7: ES5002. https://doi.org/10.2205/2005ES000190
24. Syrbu N., Kholmogorov A., Stepochkin I., Lobanov V., Shkorba S. 2024. Formation of abnormal gas-geochemical fields and dissolved gases transport at the shallow northeastern shelf of Sakhalin Island in warm season: Expedition data and remote sensing. Water, 16: 1434. https://doi.org/10.3390/w16101434
25. Харахинов В.В. 2010. Нефтегазовая геология Сахалинского региона. М.: Научный мир, 276 с.
26. Vereshchagina O.F., Korovitskaya E.V., Mishukova G.I. 2013. Methane in water columns and sediments of the north western Sea of Japan. Deep-Sea Research II: Topical Studies in Oceanography, 86–87: 25–33. https://doi.org/10.1016/j.dsr2.2012.08.017
27. Yamamoto S., Alcauskas J.B., Crozier T.E. 1976. Solubility of methane in distilled water and seawater. J. of Chemical & Engineering Data, 21(1): 78–80. https://doi.org/10.1021/je60068a029
28. Wiessenburg D.A., Guinasso N.L. 1979. Equilibrium solubility of methane, carbon dioxide, and hydrogen in water and sea water. J. of Chemical & Engineering Data, 24(4): 356–360. https://doi.org/10.1021/je60083a006
29. Леонов А.К. 1960. Региональная океанография. Л.: Гидрометеоиздат, 165 с.
30. Власова Г.А., Глебова С.Ю. 2008. Сезонная изменчивость поверхностных течений Охотского моря под влиянием синоптических процессов. Известия ТИНРО, 154: 259–269.
31. Власова Г.А., Васильев А.С., Шевченко Г.В. 2008. Пространственная и временная изменчивость структуры и динамики вод Охотского моря. М.: Наука, 359 с.
32. Лучин В.А. 1998. Непериодические течения. В кн.: Гидрометеорология и гидрохимия морей. Т. 9: Охотское море, вып. 1: Гидрометеорологические условия. СПб.: Гидрометеоиздат, 233–256.
33. Ohshima K.I., Wakatsuchi M., Fukamachi Y., Mizuta G. 2002. Near-surface circulation and tidal currents of the Okhotsk Sea observed with satellite-tracked drifters. J. of Geophysical Research: Oceans, 107: 11. https://doi.org/10.1029/2001jc001005
34. Talley L.D. 1991. An Okhotsk Sea water anomaly: Implications for ventilation in the North Pacific. Deep-Sea Research A. Oceanographic Research Papers, 38(S1): S171–S190. https://doi.org/10.1016/s0198-0149(12)80009-4
35. Simizu D., Ohshima K.I. 2002. Barotropic response of the Sea of Okhotsk to wind forcing. Journal of Oceanography, 58(6): 851–860.
36. Shimada Y., Kubokawa A., Ohshima K.I. 2005. Influence of current width variation on the annual mean transport of the East Sakhalin Current: A simple model. Journal of Oceanography, 61: 913–920. https://doi.org/10.1007/s10872-006-0009-y
37. Simizu D., Ohshima K.I. 2006. A model simulation on the circulation in the Sea of Okhotsk and the East Sakhalin Current. J. of Geophysical Research: Oceans, 111: 05016. https://doi.org/10.1029/2005jc002980
38. Ohshima K.I., Simizu D. 2008. Particle tracking experiments on a model of the Okhotsk Sea: Toward oil spill simulation. Journal of Oceanography, 64: 103–114. https://doi.org/10.1007/s10872-008-0008-2
39. Ebuchi N. 2006. Seasonal and interannual variations in the East Sakhalin Current revealed by the TOPEX/POSEIDON altimeter data. Journal of Oceanography, 62: 171–183. https://doi.org/10.1007/s10872-006-0042-x
40. Файман П.А. 2018. Атлас течений Охотского моря. Владивосток: Дальневост. региональный науч.-исслед. гидрометеорологический инст., 133 с.
41. Файман П.А., Пранц С.В., Будянский М.В., Улейский М.Ю. 2021. Моделирование распространения тихоокеанских вод в Охотском море. Изв. РАН. Физика атмосферы и океана, 57: 329–340.
42. Rybalko S.I., Shevchenko G.V. 2003. Seasonal and spatial variability of sea currents on the Sakhalin northeastern shelf. Pacific Oceanography, 1(2): 168–178.
43. Пищальник В.М., Архипкин В.С., Леонов А.В. 2014. Восстановление годового хода термохалинных характеристик и циркуляции вод на северо-восточном шельфе Сахалина. Водные ресурсы, 41(4): 362–374. doi:10.7868/S0321059614040129; EDN: SFAKND
44. Fayman P., Prants S., Budyansky M., Uleysky M. 2020. New circulation features in the Okhotsk Sea from a numerical model. Izv., Atmospheric and Oceanic Physics, 56: 618–631. https://doi.org/10.1134/s0001433820060043
45. Prants S., Andreev A., Budyansky M., Uleysky M. 2017. Mesoscale circulation along the Sakhalin Island eastern coast. Ocean Dynamics, 67: 345–356. https://doi.org/10.1007/s10236-017-1031-x
46. Полупанов П.В. 2007. Возникновение и существование апвеллинга у северо-восточного побережья о. Сахалин. Труды СахНИРО, т. 9: 257–263.
47. Жабин И.А., Дмитриева Е.В. 2016. Сезонная и межгодовая изменчивость ветрового апвеллинга у восточного побережья о-ва Сахалин по данным скаттерометра SeaWinds спутника QuikSCAT. Исследование Земли из космоса, 1-2: 105–115. doi:10.7868/S0205961416010152; EDN: VTOVNB
48. Тимофеев В.Ю., Ардюков Д.Г., Тимофеев А.В., Соловьев В.М., Горнов П.Ю., Шибаев С.В. 2013. Зона сочленения Евразийской, Охотоморской и Амурской плит по геофизическим данным. В кн.: 50 лет сейсмологического мониторинга Сибири: Тез. докл. Всерос. конф. с междунар. участием, 21–25 окт. 2013 г. Новосибирск: ИНГГ, с. 218–221.
49. Родников А.Г., Забаринская Л.П., Пийп В.Б., Рашидов В.А., Сергеева Н.А., Филатова Н.И. 2005. Геотраверс региона Охотского моря. Вестник КРАУНЦ. Серия Науки о Земле, 5: 45–58. EDN: HRSVKV
50. Сим Л.А., Каменев П.А., Богомолов Л.М. 2020. Новые данные о новейшем напряженном состоянии земной коры острова Сахалин (по структурно-геоморфологическим индикаторам тектонических напряжений). Геосистемы переходных зон, 4(4): 372–383. https://doi.org/10.30730/gtrz.2020.4.4.372-383
51. Николаевский В.Н., Рамазанов Т.К. 1986. Генерация и распространение волн вдоль глубинных разломов. Известия АН СССР. Физика Земли, 10: 3-13.
52. Лучин В.А. 1987. Циркуляция вод Охотского моря и особенности ее внутригодовой изменчивости по результатам диагностических расчетов. Труды ДВНИГМИ, 36: 3–13. EDN: VPXBBX
53. Шакиров Р.Б., Сырбу Н.С., Обжиров А.И. 2016. Распределение гелия и водорода в отложениях и воде на склоне о. Сахалин. Литология и полезные ископаемые, 1: 68–81.
54. Воейкова В.А., Несмеянов С.А., Серебрякова Л.И. 2007. Неотектоника и активные разрывы Сахалина. М.: Наука, 186 с.
55. Ballentine C.J., Burgess R., Marty B. 2002. Tracing fluid origin, transport and interaction in the crust. Reviews in Mineralogy and Geochemistry, 47: 539–614. https://doi.org/10.2138/rmg.2002.47.13
56. Лаврушин В.Ю., Поляк Б.Г., Прасолов Э.М., Каменский И.Л. 1996. Источники вещества в продуктах грязевого вулканизма (по изотопным, гидрохимическим и геологическим данным). Литология и полезные ископаемые, 6: 625–647.
57. Snyder G.T., Sano Y., Takahata N., Matsumoto R., Kakizaki Y., Tomaru H. 2020. Magmatic fluids play a role in the development of active gas chimneys and massive gas hydrates in the Japan Sea. Chemical Geology, 535: 119462. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2020.119462
58. Тищенко П.П. 2022. Первичная продукция фитопланктона на северо-восточном шельфе острова Сахалин в летний период. Морской биологический журнал, 7(4): 81–97. doi:10.21072/mbj.2022.07.4.07
59. Charlou J.L., Donval J.P., Fouquet Y., Jean-Baptiste P., Holm N. 2002. Geochemistry of high H2 and CH4 vent fluids issuing from ultramafic rocks at the Rainbow hydrothermal field (36?14' N, MAR). Chemical Geology, 191(4): 345–359. https://doi.org/10.1016/s0009-2541(02)00134-1
60. Chen J., Liu Yi-F., Zhou L., Irfan M., Hou Z-W., Li W., Mbadinga S.M., Liu J.-F. Yang Shi-Zh., Wu X.L., Gu Ji-D., Mu Bo-Zh. 2020. Long-chain n-alkane biodegradation coupling to methane production in an enriched culture from production water of a high-temperature oil reservoir. AMB Express, 10(63): 1–11. https://doi.org/10.1186/s13568-020-00998-5
61. Duan Z., Mao S. 2006. Thermodynamic model for calculating methane solubility, density and gas phase composition of methane-bearing aqueous fluids from 273 to 523 K and from 1 to 2000 bar. Geochimica et Cosmochimica Acta, 70(13): 3369–3386. https://doi.org/10.1016/j.gca.2006.03.018
62. Grabowska J., Blazquez S., Sanz E., Zeron I., Algaba J., Miguez J., Blas F., Vega C. 2022. Solubility of methane in water: Some useful results for hydrate nucleation. The Journal of Physical Chemistry B, 126(42): 8553–8570. https://doi.org/10.1021/acs.jpcb.2c04867
63. Kholmogorov A., Syrbu N., Shakirov R. 2022. Influence of hydrological factors on the distribution of methane fields in the water column of the Bransfield Strait: Cruise 87 of the R/V «Academik Mstislav Keldysh», 7 December 2021 – 5 April 2022. Water, 14(20): 3311. https://doi.org/10.3390/w14203311
64. Shakirov R.B., Obzhirov A.I., Biebow N., Salyuk A.N., Tsunogai U., Terekhova V.E., Shoji H. 2005. Classification of anomalous methane fields in the Okhotsk Sea. Polar Meteorology and Glaciology, 19: 50–66.
65. Obzhirov A.I., Shakirov R., Salyuk A., Suess E., Biebow N., Salomatin A. 2004. Relations between methane venting, geological structure and seismo-tectonics in the Okhotsk Sea. Geo-Marine Letters, 24: 135–139. https://doi.org/10.1007/s00367-004-0175-0
66. Yoshida O., Yoshikawa-Inoue H., Watanabe S., Noriki S., Wakatsuchi M. 2004. Methane in the western part of the Sea of Okhotsk in 1998–2000. Journal of Geophysical Research: Oceans, 109: C09S12, Article B09204. https://doi.org/10.1029/2003JC001910