hydrophysicsФундаментальная и прикладная гидрофизикаFundamental and Applied Hydrophysics2073-66732782-5221St. Petersburg Research Center of the Russian Academy of Sciences10.7868/S2073667318040123hydrophysics-814Research ArticleГИДРОФИЗИЧЕСКИЕ И БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ПОЛЯ И ПРОЦЕССЫHYDROPHYSICAL AND BIOGEOCHEMICAL FIELDS AND PROCESSESТермобарический режим гидратсодержащих осадков на дне моря при включении в них длинного источника теплаThe thermobaric regime of hydrate-bearing sediments at the sea bottom when a long heat source within them is switched onГольмштокА. Я.GolmshtokA. Ya.

Москва

Moscow

golmshtok@gmail.comИнститут океанологии им П.П. Ширшова РАНРоссияP.P. Shirshov Institute of Oceanology of RASRussian Federation201817112022114102116Copyright © Гольмшток А.Я., 20222022Гольмшток А.Я.Golmshtok A.Y.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://hydrophysics.spbrc.ru/jour/article/view/814

Исследуется термобарический режим гидратсодержащих осадков путем решения задачи о фазовом переходе газовый гидрат — свободный газ + вода при включении в них как линейного, так и цилиндрического металлического источников тепла. Показано, что в морях обычного (наиболее распространенного) типа с температурой придонной воды около 3 °C применение игольчатого зонда in situ на дне моря для исследования придонных залежей газогидратов сильно ограничено и возможно лишь при весьма больших линейных мощностях источника. Установлено, что только в условиях «теплых» морей применение игольчатого зонда на дне моря может позволить не только обнаруживать присутствие газовых гидратов в донных осадках, но и оценивать свойства последних по характеру изменения во времени как температуры, так и давления на поверхности зонда. Поскольку вблизи зонда характеристики изменения давления газа во времени, как правило, более дифференцированы, чем аналогичные температурные зависимости, в зонд, предназначенный для использования in situ в гидратосодержащих донных осадках, должен быть встроен также высокоточный датчик давления. Полученное решение задачи может служить основой процесса интерпретации результатов измерений, выполненных в гидратсодержащих осадках методом игольчатого зонда.

The thermobaric regime of hydrate-bearing sediments is investigated in this paper by solution of the phase transition problem gas hydrate — gas + water when both linear and metallic cylindrical heat source is switched on. It is shown that the use of a needle probe in situ is strongly limited in the seas of the usual (most common) type with a bottom water temperature of about 3 °C for the study of gas hydrates accumulations on the sea bottom. Such a use is possible there only in case of very high linear source power. It was determined that only at the bottom of «warm» seas the use of a needle probe can allow not only to detect the presence of gas hydrates in bottom sediments, but also to evaluate the properties of these sediments by the nature of the temporal variations of both temperature and pressure on the surface of the probe. Since the characteristics of time changes of gas pressure near the probe are generally more differentiated than similar temperature dependencies, a high-precision pressure sensor must also be built into the probe designed for in situ use in hydrate-bearing bottom sediments. The obtained solution of the phase transition problem can serve as a basis for the process of the experimental data interpretation.

задача о фазовом переходегазогидратыдонные осадкигеотермический игольчатый зонддно моряphase transition problemgas hydratesbottom sedimentsgeothermic needle probesea bottomРабота выполнена в рамках государственного задания ФАНО России (тема № 0149-2018-0014).ReferencesKvenvolden K. A. Gas hydrates — geological perspectives and global change // Reviews of Geophysics. 1993. V. 31. P.173—187.Kvenvolden K. A. Gas hydrates — geological perspectives and global change // Reviews of Geophysics. 1993. V. 31. P.173—187.Гинсбург Г. Д., Соловьев В. А. Субмаринные газовые гидраты. СПб: Всероссийский научно-исследовательский институт геологии и минеральных ресурсов Мирового океана «ВНИИОкеангеология», 1994. 199 с.Гинсбург Г. Д., Соловьев В. А. Субмаринные газовые гидраты. СПб: Всероссийский научно-исследовательский институт геологии и минеральных ресурсов Мирового океана «ВНИИОкеангеология», 1994. 199 с.Mazurenko L. L., Soloviev V. A. Worldwide distribution of deep-water fluid venting and potential occurrences of gas hydrate accumulations // Geo-Marine Letters. 2003. N 23/3–4. P. 162—176.Mazurenko L. L., Soloviev V. A. Worldwide distribution of deep-water fluid venting and potential occurrences of gas hydrate accumulations // Geo-Marine Letters. 2003. N 23/3–4. P. 162—176.Соловьев В. А., Мазуренко Л. Л. Скопления газовых гидратов в очагах разгрузки флюидов как объекты исследований и освоения // Наука и техника газовой промышленности. 2004. № 1—2. С. 14—20.Соловьев В. А., Мазуренко Л. Л. Скопления газовых гидратов в очагах разгрузки флюидов как объекты исследований и освоения // Наука и техника газовой промышленности. 2004. № 1—2. С. 14—20.Соловьев В. А. Глобальная оценка количества газа в субмаринных скоплениях газовых гидратов // Геология и геофизика. 2002. Т. 43 (7). С. 648—661.Соловьев В. А. Глобальная оценка количества газа в субмаринных скоплениях газовых гидратов // Геология и геофизика. 2002. Т. 43 (7). С. 648—661.Голубев В. А. Свидетельства присутствия газогидратов в верхнем слое донных осадков озера Байкал: результаты измерений теплопроводности in situ // Докл. РАН. 1998. Т. 358, № 3. С. 384—388.Голубев В. А. Свидетельства присутствия газогидратов в верхнем слое донных осадков озера Байкал: результаты измерений теплопроводности in situ // Докл. РАН. 1998. Т. 358, № 3. С. 384—388.Von Herzen R., Maxwell A. E. The measurement of thermal conductivity of deep sea sediments by a needle probe method // J. Geophys. Res. 1959. V. 64, N 10. P. 1557—1563.Von Herzen R., Maxwell A. E. The measurement of thermal conductivity of deep sea sediments by a needle probe method // J. Geophys. Res. 1959. V. 64, N 10. P. 1557—1563.Кутас Р. И., Кравчук О. П., Бевзюк М. И. Диагностика газогидратности придонного слоя осадков Черного моря по результатам измерения их теплопроводности in situ // Геофизический журнал. 2005. Т. 27, № 2. С. 238—244.Кутас Р. И., Кравчук О. П., Бевзюк М. И. Диагностика газогидратности придонного слоя осадков Черного моря по результатам измерения их теплопроводности in situ // Геофизический журнал. 2005. Т. 27, № 2. С. 238—244.Дучков А. Д., Манаков А. Ю., Казанцев С. А., Пермяков М. Е., Огиенко А. Г. Экспериментальное моделирование и измерение теплопроводности пород, содержащих гидраты метана // Докл. РАН. 2006. Т. 408, № 5. С. 656—659.Дучков А. Д., Манаков А. Ю., Казанцев С. А., Пермяков М. Е., Огиенко А. Г. Экспериментальное моделирование и измерение теплопроводности пород, содержащих гидраты метана // Докл. РАН. 2006. Т. 408, № 5. С. 656—659.Дучков А. Д., Манаков А. Ю., Казанцев С. А., Пермяков М. Е., Огиенко А. Г. Измерение теплопроводности синтетических образцов донных осадков, содержащих гидраты метана // Физика Земли. 2009. № 8. С. 42—50.Дучков А. Д., Манаков А. Ю., Казанцев С. А., Пермяков М. Е., Огиенко А. Г. Измерение теплопроводности синтетических образцов донных осадков, содержащих гидраты метана // Физика Земли. 2009. № 8. С. 42—50.Дучков А. Д., Истомин В. Е., Соколова Л. С. Геотермический метод обнаружения газовых гидратов в донных осадках акваторий // Геология и геофизика. 2012. Т. 53, № 7. С. 920—929.Дучков А. Д., Истомин В. Е., Соколова Л. С. Геотермический метод обнаружения газовых гидратов в донных осадках акваторий // Геология и геофизика. 2012. Т. 53, № 7. С. 920—929.Гольмшток А. Я., Дучков А. Д., Рощина Н. А. О возможности обнаружения донных скоплений газовых гидратов геотермическим методом // Вопросы геофизики. СПб: Изд-во СПбГУ, 2005. Вып. 38. С. 130—147 (Ученые записки СПбГУ; № 438).Гольмшток А. Я., Дучков А. Д., Рощина Н. А. О возможности обнаружения донных скоплений газовых гидратов геотермическим методом // Вопросы геофизики. СПб: Изд-во СПбГУ, 2005. Вып. 38. С. 130—147 (Ученые записки СПбГУ; № 438).Нигматулин Р. И., Шагапов В. Ш., Сыртланов В. Р. Автомодельная задача о разложении газогидратов в пористой среде при депрессии и нагреве // Прикладная механика и техническая физика. 1998. Т. 39, № 3. С. 111—118.Нигматулин Р. И., Шагапов В. Ш., Сыртланов В. Р. Автомодельная задача о разложении газогидратов в пористой среде при депрессии и нагреве // Прикладная механика и техническая физика. 1998. Т. 39, № 3. С. 111—118.Нигматулин Р. И., Шагапов В. Ш., Насырова Л. А. «Тепловой удар» в пористой среде, насыщенной газогидратом // Доклады РАН. 1999. Т. 366, № 3. С. 337—340.Нигматулин Р. И., Шагапов В. Ш., Насырова Л. А. «Тепловой удар» в пористой среде, насыщенной газогидратом // Доклады РАН. 1999. Т. 366, № 3. С. 337—340.Дядин Ю. А. Супрамолекулярная химия: клатратные соединения // Соровский Образовательный Журнал. 1998. № 2. С. 79—88.Дядин Ю. А. Супрамолекулярная химия: клатратные соединения // Соровский Образовательный Журнал. 1998. № 2. С. 79—88.Sultan N., Foucher J. P., Cochonat P., Tonnerre T., Bourillet J. F., Ondreas H., Cauquil E., Grauls D. Dynamics of gas hydrate: case of the Congo continental slope // Marine Geology. 2004. V. 206. P. 1—18.Sultan N., Foucher J. P., Cochonat P., Tonnerre T., Bourillet J. F., Ondreas H., Cauquil E., Grauls D. Dynamics of gas hydrate: case of the Congo continental slope // Marine Geology. 2004. V. 206. P. 1—18.Sloan E. D. Jr., Koh C. Clathrate Hydrates of Natural Gases. Third edition. N.Y.: CRC Press, 2007. 758 p.Sloan E. D. Jr., Koh C. Clathrate Hydrates of Natural Gases. Third edition. N.Y.: CRC Press, 2007. 758 p.Максимов А. М., Якушев В. С., Чувикин Е. Н. Оценка возможностей выбросов газа при разложении газовых гидратов // Докл.РАН. 1997. Т. 352, № 4. С. 532—534.Максимов А. М., Якушев В. С., Чувикин Е. Н. Оценка возможностей выбросов газа при разложении газовых гидратов // Докл.РАН. 1997. Т. 352, № 4. С. 532—534.Чекалюк Э. Б. Термодинамика нефтяного пласта. М.: Недра. 1965. 236 с.Чекалюк Э. Б. Термодинамика нефтяного пласта. М.: Недра. 1965. 236 с.Kozeny J. Ueber kapillare Leitung des Wassers in Boden // Sitzungsber Akad. Wiss. Wien. 1927. V. 136(2a). P. 271—306.Kozeny J. Ueber kapillare Leitung des Wassers in Boden // Sitzungsber Akad. Wiss. Wien. 1927. V. 136(2a). P. 271—306.Carman P. Fluid flow through a granular bed // Trans. Inst. Chem. Eng. 1937. V. 15. P. 150—167.Carman P. Fluid flow through a granular bed // Trans. Inst. Chem. Eng. 1937. V. 15. P. 150—167.Лейбензон Л. С. Движение природных жидкостей и газов в пористой среде. М.-Л.: ОГИЗ, 1947. 244 с.Лейбензон Л. С. Движение природных жидкостей и газов в пористой среде. М.-Л.: ОГИЗ, 1947. 244 с.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.