Геофизические исследования: статья

АККУМУЛЯЦИЯ ГАЗОВЫХ ГИДРАТОВ В ОКРЕСТНОСТЯХ ПОДВОДНЫХ ГРЯЗЕВЫХ ВУЛКАНОВ
Е.И. Суетнова
Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, г. Москва, Россия
Журнал: Геофизические исследования
Том: 17
Номер: 4
Год: 2016
Страницы: 37-46
УДК: 550.31
DOI: 10.21455/gr2016.4-3
Ключевые слова: газовые гидраты, грязевые вулканы, математическое и численное моделирование.
Аннотация: Разработана математическая модель, теоретически обосновывающая механизм образования значительных объемов газовых гидратов, ассоциированных с подводными грязевыми вулканами. Модель описывает процесс аккумуляции газовых гидратов, происходящий в зоне их термодинамической стабильности из насыщенного газом порового флюида, который фильтруется в окрестностях жерла грязевого вулкана над питающим его резервуаром с повышенным давлением насыщающих флюидов. Модельные расчеты показали, что скорость гидратонакопления зависит от гидродинамических свойств осадков над питающим резервуаром вулкана, их пористости, физических свойств, температурного градиента в них, а также от давления в резервуаре питания, его глубины от поверхности осадков, глубины дна. Получена зависимость времени достижения установившегося режима фильтрации от перечисленных параметров. В рамках модели проведен анализ влияния проницаемости и глубины питающего вулкан резервуара на скорость накопления газовых гидратов. Модельные расчеты показывают, что максимальная скорость гидратонакопления составляет 2.6% порового пространства за 100 лет при проницаемости осадков k=10–14 м2, градиенте температуры 0.05 К*м^–1, глубине питающего резервуара 1000 м от поверхности дна и глубине моря 1200 м. За сотни лет такая скорость может обеспечить в окрестностях грязевых вулканов значительную гидратонасыщенность, соответствующую экспериментальным данным. Впервые количественно характеризуется процесс накопления ассоциированных с грязевыми вулканами газовых гидратов. Полученная зависимость максимальной скорости их накопления от фильтрационных характеристик окружающих осадков и геофизических параметров среды в окрестностях грязевого вулкана может быть использована для моделирования накопления значительной (более первых процентов порового пространства) гидратонасыщенности в период между извержениями.
Список литературы: Басниев К.С., Кочина И.Н., Максимов В.М. Подземная гидромеханика. М.: Недра, 1993. 416 с.

Гинсбург Г.Д., Соловьев В.А. Субмаринные газовые гидраты. М.: ВНИИОкеангеология, 1994. 199 с.

Гольмшток А.Я. Разломообразование и условия стабильности газовых гидратов в осадках озера Байкал // Физика Земли. 2014. No 4. С.70–85.

Карслоу Г., Егер Д. Теплопроводность твердых тел. М.: Наука, 1964. 488 с.

Николаевский В.Н., Басниев К.С., Горбунов А.Т., Зотов Г.А. Механика насыщенных пористых сред. М.: Недра, 1970. 338 с.

Суетнова Е.И. Накопление газгидратов и уплотнение накапливающихся осадков: проблема взаимовлияния процессов // Докл. РАН. 2007. Т. 415, No 6. С.818–822.

Суетнова Е.И. Влияние режима осадконакопления и уплотнения осадков в субаквальных условиях на аккумуляцию газгидратов в зоне их стабильности // Физика Земли. 2008. No 9. С.65–70.

Суетнова Е.И. Особенности аккумуляции газовых гидратов при различных уровнях флюидного давления, формирующегося в осадках при их накоплении // Геофизические исследования. 2009. Т. 10, No 2. С.69–76.

Суетнова Е.И. Аккумуляция газовых гидратов в морском дне при последовательном накоплении осадков с различными транспортными свойствами // Докл. РАН. 2011. Т. 438, No 6. С.813–816.

Холодов В.Н. Грязевые вулканы: закономерности размещения и генезис // Литология и полезные ископаемые. 2012. No 3. С.227–241.

Чарный В.А. Подземная гидрогазодинамика. М.: Гостехиздат, 1963. 396 с.

Davie M.K., Buffett B.A. A numerical model for the formation of gas hydrate below the seafloor // J. Geophys. Res. 2001. V. 106, N B1. P.497–514.

Davie M.K., Zatsepina O.Ye., Buffet B.A. Methane solubility in marine hydrate environments // Marine Geology. 2004. V. 203. P.177–184.

Egorov A.V., Crane K., Vogt P.R., Rozhkov A.N. Gas hydrates that outcrop on the sea floor: stability models // Geo-Marine Letters. 1999. V. 18. P.68–75.

Ginsburg G.D., Milkov A.V., Soloviev V.A., Egorov A.V., Cherkashev G.A., Vogt P.R., Crane K., Lorenson T.D., Khutorskoy M.D. Gas hydrate accumulation at the Haаkon Mosby Mud Volcano // Geo-Marine Letters. 1999. V. 19. P.57–67.

Haacke R.R., Westbrook G.K., Hyndman R.D. Gas hydrate, fluid flow and free gas: Formation of the bottom-simulating reflector // Earth and Planetary Science Letters. 2007. V. 261. P.407–420.

Mazzini A. Mud volcanism: Processes and implications // Marine and Petroleum Geology. 2009. V. 26. P.1677–1680.

Mazurenko V., Soloviev A., Belenkaya I., Ivanov M.K., Pinheiro L.M. Mud volcano gas hydrates in the Gulf of Cadiz // Terra Nova. 2002. V. 14, N 5. P.321–329.

Nimblett J., Ruppel C. Permeability evolution during the formation of gas hydrates in marine sediments // J. Geophys. Res. 2003. V. 108, N B9. EPM 2-1, Cite ID 2420, DOI 10.1029/2001JB001650.

Perez-Garcia C., Feseker T., Mienert J., Berndt C. The Håkon Mosby mud volcano: 330 000 years of focused fluid flow activity at the SW Barents Sea slope // Marine Geology 2009. V. 262. P.105–115.

Rempel A.W., Buffett D.A. Formation and accumulation of gas hydrate in porous media // J. Geophys. Res. 1997. V. 102, N B5. P.10151–10164.

Sloan E.D. Clathrate Hydrates of Natural Gases. N.Y.: Marcel Dekker, 1998. 705 p.

Tinivella U., Giustiniani M. An Overview of Mud Volcanoes Associated to Gas Hydrate System. http://dx.doi.org/10.5772/51270. 2007.

Zatsepina O.Ye., Buffett B.A. Phase equilibrium of gas hydrate: implication for the formation of hydrate in the deep sea floor // Geophys. Res. Lett. 1997. V. 24, N 13. P.1567–1570.

Zatsepina O.Ye., Buffett B.A. Thermodynamic conditions for the stability of gas hydrate in seafloor // J. Geophys. Res. 1998. V. 103, N B10. P.24127–24139.