Geotectonic and geothermal conditions of the gas discharge zones in the Black Sea
This paper presents the investigation results of geodynamic, geothermal and geochemical conditions of gas emission zones in the anoxic Black Sea Basin. Gases are manifested in the form of seeps, fountains, mud volcanoes (MV), gas hydrates and authigenic carbonates. Several thousand gas seeps and mor...
Збережено в:
| Дата: | 2020 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | rus |
| Опубліковано: |
Subbotin Institute of Geophysics of the NAS of Ukraine
2020
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://journals.uran.ua/geofizicheskiy/article/view/215070 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Geofizicheskiy Zhurnal |
Репозитарії
Geofizicheskiy Zhurnal| id |
journalsuranua-geofizicheskiy-article-215070 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Geofizicheskiy Zhurnal |
| collection |
OJS |
| language |
rus |
| topic |
Black Sea basin degassing mud volcanoes methane isotopic composition geothermal and geodynamic conditions Черноморский бассейн дегазация грязевые вулканы метан углерод геотермические и геодинамические условия Чорноморський басейн дегазація грязьові вулкани метан вуглець геотермічні та геодинамічні умови |
| spellingShingle |
Black Sea basin degassing mud volcanoes methane isotopic composition geothermal and geodynamic conditions Черноморский бассейн дегазация грязевые вулканы метан углерод геотермические и геодинамические условия Чорноморський басейн дегазація грязьові вулкани метан вуглець геотермічні та геодинамічні умови Kutas, R.I. Geotectonic and geothermal conditions of the gas discharge zones in the Black Sea |
| topic_facet |
Black Sea basin degassing mud volcanoes methane isotopic composition geothermal and geodynamic conditions Черноморский бассейн дегазация грязевые вулканы метан углерод геотермические и геодинамические условия Чорноморський басейн дегазація грязьові вулкани метан вуглець геотермічні та геодинамічні умови |
| format |
Article |
| author |
Kutas, R.I. |
| author_facet |
Kutas, R.I. |
| author_sort |
Kutas, R.I. |
| title |
Geotectonic and geothermal conditions of the gas discharge zones in the Black Sea |
| title_short |
Geotectonic and geothermal conditions of the gas discharge zones in the Black Sea |
| title_full |
Geotectonic and geothermal conditions of the gas discharge zones in the Black Sea |
| title_fullStr |
Geotectonic and geothermal conditions of the gas discharge zones in the Black Sea |
| title_full_unstemmed |
Geotectonic and geothermal conditions of the gas discharge zones in the Black Sea |
| title_sort |
geotectonic and geothermal conditions of the gas discharge zones in the black sea |
| title_alt |
Геотектонические и геотермические условия зон флюидной и газовой разгрузки в Черном море Геотектонічні та геотермічні умови зон флюїдного і газового розвантаження в Чорному морі |
| description |
This paper presents the investigation results of geodynamic, geothermal and geochemical conditions of gas emission zones in the anoxic Black Sea Basin. Gases are manifested in the form of seeps, fountains, mud volcanoes (MV), gas hydrates and authigenic carbonates. Several thousand gas seeps and more than 80 MVs have been found in the Black Sea Basin. Most of them are associated with fault zones, abyssal fractures, shale diapir and others zones of neo-tectonic activity. Gas seeps occur mostly on the outer shelf and in the upper part of continental slope (at a depth of 50—800 m), and MVs are distinguished in the central and the most submerged part of the Western Black Sea sub-basin, as well as in the periphery troughs. Gas hydrates occur in subsurface sedimentary layers near MVs and gas seeps at a water depth of more than 700 m. Methane is the dominant component among natural gases (90—95 %) from seeps and MVs. Methane homologous, carbon dioxide, hydrogen sulphide, nitrogen etc. are also present in different proportions. Breccia from MVs also contains oil components, different minerals (carbonates, sulphides, sulphates, phosphates) and dispersed particles of native metals. Based on seismic refraction data, the feeder channels of MVs penetrate to the base of Maykop sediments or to the Mesozoic basement (at a depth of 10—16 km). An analysis of the isotopic composition of methane from different sources (sediments, seeps, MVs and authigenic carbonates) has been performed. The stable carbon isotopic composition values (13C) range from -90 ‰ to -30 ‰ in methane and from -46.9 ‰ to - 8.5 ‰ in carbonates. Carbon isotopic composition in methane depends on its origin (organic or anorganic), as well as on thermodynamic conditions of its formation and migration. Changes in these conditions are accompanied by changes in chemical composition of hydrocarbon gases (from СО2 to СН4), as well as by isotopic composition fractionation of their components. These changes are possible only under mantle conditions. Heterogeneity of carbon isotopic composition in methane of the Black Sea Basin represents the variety of terms of its formation and is coherent with geotectonic zoning at the level of basement, as well as with peculiarities of geodynamic and geothermal conditions. Such coherence attests a significant (maybe even critical) role of abyssal processes in Earth degassing.Based on comprehensive analysis of manifestation peculiarities of gas emission, chemical and isotopic composition of carbon gases, as well as of geodynamic and geothermal conditions, it can be assumed that methane in the Black Sea Basin seems to be a product of the mixture in variable proportions of methane of different origin with distinct carbon isotopic composition: microbiogenic in near bottom layer of sediments, thermogenic in sedimentary layer and abyssal, entered through the fault zones from mantle in the form of fluid-and-gas flows. Hydrocarbon formation takes place under certain thermodynamic conditions (250<T<700 °C) and in presence of primary components (C-H-O) in sufficient quantities. However, there is a lack of carbon in deplete upper mantle. In the course of Earth evolution it was transferred to the earth crust with other volatile elements. Besides, a carbon of biogenic origin was accumulated in the earth crust. Therefore, the respective geodynamic conditions that facilitate the processes of subsidence and earth crust heating (conditions of subduction and collision) are required for hydrocarbon generation. Some other peculiarities of Earth degassing, in particular enrichment of abyssal gas flows with carbon light isotope are also satisfactory explained by Earth crust recycling process. |
| publisher |
Subbotin Institute of Geophysics of the NAS of Ukraine |
| publishDate |
2020 |
| url |
https://journals.uran.ua/geofizicheskiy/article/view/215070 |
| work_keys_str_mv |
AT kutasri geotectonicandgeothermalconditionsofthegasdischargezonesintheblacksea AT kutasri geotektoničeskieigeotermičeskieusloviâzonflûidnojigazovojrazgruzkivčernommore AT kutasri geotektoníčnítageotermíčníumovizonflûídnogoígazovogorozvantažennâvčornomumorí |
| first_indexed |
2024-04-21T19:43:05Z |
| last_indexed |
2024-04-21T19:43:05Z |
| _version_ |
1796974665034366976 |
| spelling |
journalsuranua-geofizicheskiy-article-2150702021-01-21T10:42:21Z Geotectonic and geothermal conditions of the gas discharge zones in the Black Sea Геотектонические и геотермические условия зон флюидной и газовой разгрузки в Черном море Геотектонічні та геотермічні умови зон флюїдного і газового розвантаження в Чорному морі Kutas, R.I. Black Sea basin degassing mud volcanoes methane isotopic composition geothermal and geodynamic conditions Черноморский бассейн дегазация грязевые вулканы метан углерод геотермические и геодинамические условия Чорноморський басейн дегазація грязьові вулкани метан вуглець геотермічні та геодинамічні умови This paper presents the investigation results of geodynamic, geothermal and geochemical conditions of gas emission zones in the anoxic Black Sea Basin. Gases are manifested in the form of seeps, fountains, mud volcanoes (MV), gas hydrates and authigenic carbonates. Several thousand gas seeps and more than 80 MVs have been found in the Black Sea Basin. Most of them are associated with fault zones, abyssal fractures, shale diapir and others zones of neo-tectonic activity. Gas seeps occur mostly on the outer shelf and in the upper part of continental slope (at a depth of 50—800 m), and MVs are distinguished in the central and the most submerged part of the Western Black Sea sub-basin, as well as in the periphery troughs. Gas hydrates occur in subsurface sedimentary layers near MVs and gas seeps at a water depth of more than 700 m. Methane is the dominant component among natural gases (90—95 %) from seeps and MVs. Methane homologous, carbon dioxide, hydrogen sulphide, nitrogen etc. are also present in different proportions. Breccia from MVs also contains oil components, different minerals (carbonates, sulphides, sulphates, phosphates) and dispersed particles of native metals. Based on seismic refraction data, the feeder channels of MVs penetrate to the base of Maykop sediments or to the Mesozoic basement (at a depth of 10—16 km). An analysis of the isotopic composition of methane from different sources (sediments, seeps, MVs and authigenic carbonates) has been performed. The stable carbon isotopic composition values (13C) range from -90 ‰ to -30 ‰ in methane and from -46.9 ‰ to - 8.5 ‰ in carbonates. Carbon isotopic composition in methane depends on its origin (organic or anorganic), as well as on thermodynamic conditions of its formation and migration. Changes in these conditions are accompanied by changes in chemical composition of hydrocarbon gases (from СО2 to СН4), as well as by isotopic composition fractionation of their components. These changes are possible only under mantle conditions. Heterogeneity of carbon isotopic composition in methane of the Black Sea Basin represents the variety of terms of its formation and is coherent with geotectonic zoning at the level of basement, as well as with peculiarities of geodynamic and geothermal conditions. Such coherence attests a significant (maybe even critical) role of abyssal processes in Earth degassing.Based on comprehensive analysis of manifestation peculiarities of gas emission, chemical and isotopic composition of carbon gases, as well as of geodynamic and geothermal conditions, it can be assumed that methane in the Black Sea Basin seems to be a product of the mixture in variable proportions of methane of different origin with distinct carbon isotopic composition: microbiogenic in near bottom layer of sediments, thermogenic in sedimentary layer and abyssal, entered through the fault zones from mantle in the form of fluid-and-gas flows. Hydrocarbon formation takes place under certain thermodynamic conditions (250<T<700 °C) and in presence of primary components (C-H-O) in sufficient quantities. However, there is a lack of carbon in deplete upper mantle. In the course of Earth evolution it was transferred to the earth crust with other volatile elements. Besides, a carbon of biogenic origin was accumulated in the earth crust. Therefore, the respective geodynamic conditions that facilitate the processes of subsidence and earth crust heating (conditions of subduction and collision) are required for hydrocarbon generation. Some other peculiarities of Earth degassing, in particular enrichment of abyssal gas flows with carbon light isotope are also satisfactory explained by Earth crust recycling process. Приведены результаты исследований геодинамических, геотермических и геохимических условий зон газовой эмиссии в анаэробном бассейне Черного моря. Выделение газа в осадочной толще и на ее поверхности проявляются в форме фонтанов, сипов, грязевых вулканов, газовых гидратов, аутигенных карбонатов. В Черноморском бассейне выявлено несколько тысяч газовых сипов и свыше 80 грязевых вулканов. Они находятся преимущественно в зонах тектонических нарушений, глубинных разломов, глиняных диапиров и других проявлений неотектонической активности. Большинство газовых сипов концентрируется на внешнем шельфе и в верхней части континентального склона (в интервале глубин 50—800 м), а грязевые вулканы — в центральной, наиболее погруженной части Западно-Черноморского суббассейна и в периферических прогибах. Газовые гидраты фиксируются вблизи газовых сипов и грязевых вулканов в приповерхностном шаре осадков на глубине моря свыше 700 м. Среди газов преобладает метан (90—95 %). В качестве примесей отмечаются также гомологи метана, диоксид углерода, сероводород, азот и др. В брекчии грязевых вулканов содержатся нефтепродукты, разные минералы (карбонаты, сульфиды, сульфаты, фосфаты), дисперсные частички самородных металлов. По сейсмическим данным подводящие каналы грязевых вулканов проникают к основанию майкопских отложений и в некоторых случаях к мезозойскому фундаменту (до глубин 10—16 км).Проанализирован изотопный состав метана из разных источников (осадков, сипов, грязевых вулканов и аутигенных карбонатов). Показатель изотопного состава углерода (δ13С) изменяется от -90 до -30 в метане и от -46,9 до -8,5 ‰ в карбонатах. Изотопный состав углерода в метане зависит от его происхождения (органического или неорганического), термодинамических условий образования и миграции. Изменение этих условий сопровождается изменением химического состава углеродсодержащих газов (от СО2 до СН4) и фракционированием изотопного состава их компонентов. Такие изменения возможны только в мантийных условиях. Гетерогенность изотопного состава углерода в метане Черноморского бассейна отображает разнообразие условий его образования и согласуется с геотектоническим районированием на уровне фундамента и особенностями геодинамического и геотермического режима. Такая согласованность свидетельствует о значительной (если не решающей) роли глубинных процессов в дегазации Земли.По результатам комплексного анализа особенностей проявлений газовой эмиссии, химического и изотопного состава углеродных газов, геодинамических и геотермических условий можно сделать предположение, что метан в Черноморском бассейне является продуктом смешивания в изменяющихся пропорциях метана разного происхождения с отличающимся изотопным составом углерода: микробиогенного в придонном шаре осадков, термогенного в осадочном шаре и глубинного, который поступает по разломным зонам из мантии в виде флюидогазовых потоков. Образование углеводородов происходит при определенных термодинамических условиях (250<T<700 °C) и наличии в достаточном количестве исходных элементов (C—H—O). Однако деплетированная верхняя мантия обеднена углеродом. В процессе эволюции Земли он вместе с другими летучими элементами был перемещен в земную кору. Кроме того, в земной коре накапливался углерод биогенного происхождения. Следовательно, для генерации углеводородов необходимы соответственные геодинамические условия, которые приводят к погружению и нагреванию земной коры (условия субдукции и коллизии). Рециклинг земной коры удовлетворительно объясняет и некоторые другие особенности дегазации Земли, в частности обогащение глубинных газовых потоков легким изотопом углерода. Наведено результати дослідження геодинамічних, геотермічних і геохімічних умов зон газової емісії в анаеробному басейні Чорного моря. Виділення газу в осадовій товщі і на її поверхні виявляються у вигляді фонтанів, сипів, грязьових вулканів, газових гідратів, аутигенних карбонатів. У Чорноморському басейні виявлено декілька тисяч газових сипів і понад 80 грязьових вулканів. Вони розміщуються переважно в зонах тектонічних порушень, глибинних розломів, глиняних діапірів та інших проявів неотектонічної активності. Більшість газових сипів концентруються на зовнішньому шельфі та у верхній частині континентального схилу (в інтервалі глибин 50—800 м), а грязьові вулкани — у центральній, найбільш зануреній частині Західночорноморського суббасейну і в периферійних прогинах. Газові гідрати трапляються поблизу газових сипів і грязьових вулканів у приповерхневому шарі осадів за глибини моря понад 700 м. Серед газів переважає метан (90—95 %). Як домішки зафіксовано також гомологи метану, діоксид вуглецю, сірководень, азот та ін. У брекчії грязьових вулканів містяться нафтопродукти, різні мінерали (карбонати, сульфіди, сульфати, фосфати), дисперсні частинки самородних металів. За сейсмічними даними підвідні канали грязьових вулканів проникають до підошви майкопських відкладів або мезозойського фундаменту (до глибин 10—16 км).Проаналізовано ізотопний склад метану із різних джерел (осадів, сипів, грязьових вулканів та аутигенних карбонатів). Показник ізотопного складу вуглецю (δ13С) змінюється від -90 до -30 ‰ у метані і від -46,9 до -8,5 ‰ у карбонатах. Ізотопний склад вуглецю у метані залежить від його походження (органічного чи неорганічного), термодинамічних умов утворення та міграції. Зміна цих умов супроводжується зміною хімічного складу вуглеводневих газів (від СО2 до СН4) і фракціонуванням ізотопного складу їх компонентів. Такі зміни можливі лише в мантійних умовах. Гетерогенність ізотопного складу вуглецю в метані Чорноморського басейну відображає різноманітність умов його утворення і узгоджується з геотектонічним районуванням на рівні фундаменту та особливостями геодинамічного й геотермічного режиму. Така узгодженість свідчить про значну (якщо не вирішальну) роль глибинних процесів у дегазації Землі.За комплексним аналізом особливостей вияву газової емісії, хімічного та ізотопного складу вуглецевих газів, геодинамічних і геотермічних умов можна припустити, що метан у Чорноморському басейні є продуктом змішування в змінних пропорціях метану різного походження з відмінним ізотопним складом вуглецю: мікробіогенного у придонному шарі осадів, термогенного в осадовому шарі й глибинного, що надходить по розломних зонах із мантії у вигляді флюїдогазових потоків. Вуглеводні утворюються за певних термодинамічних умов (250<T<700 °C) і наявності в достатній кількості вихідних елементів (C—H—O). Втім у деплетованій верхній мантії бракує вуглецю. В процесі еволюції Землі він разом з іншими леткими елементами був переміщений в земну кору. Крім того, в земній корі накопичився вуглець біогенного походження. Отже, для генерації вуглеводнів необхідні відповідні геодинамічні умови, які сприяють зануренню і нагріванню земної кори (умови субдукції та колізії). Рециклінг земної кори задовільно пояснює і деякі інші особливості дегазації Землі, зокрема збагачення глибинних газових потоків легким ізотопом вуглецю. Subbotin Institute of Geophysics of the NAS of Ukraine 2020-11-02 Article Article application/pdf https://journals.uran.ua/geofizicheskiy/article/view/215070 10.24028/gzh.0203-3100.v42i5.2020.215070 Geofizicheskiy Zhurnal; Vol. 42 No. 5 (2020); 16-52 Геофизический журнал; Том 42 № 5 (2020); 16-52 Геофізичний журнал; Том 42 № 5 (2020); 16-52 2524-1052 0203-3100 rus https://journals.uran.ua/geofizicheskiy/article/view/215070/215810 Copyright (c) 2020 Geofizicheskiy Zhurnal https://creativecommons.org/licenses/by/4.0 |