Multichannel seismic profiling, gas hydrates and the numerical simulation of the mud volcanoes formation conditions in Lake Baikal
Abstract
It is shown, that such a phenomenon as the undulating bottom simulating reflector, which was revealed in 1992 in Lake Baikal, could be explained by the presence here of the thermal convection cell. However, the hypothesis of the tectonic origin of this phenomenon is more probable. The numerical modelling of the thermohydrodynamic regime evolution of the «Malenkij» mud volcano in Lake Baikal is carried out. It is based on solving of the problem of methane hydrate phase transition in porous sediments. The choice of an adequate model and its parameters is carried out by analyzing the data of the multichannel seismic profiling. The large inflow of water in the volcan channel might be explained by the action of shear faults. Estimations of the over-hydrostatic pressure of the methane-gas, generated by dissociation of methane hydrates, show that this pressure is low. It can not be the cause of the breaking of near-bottom sediments and subsequent downward flow of lake water along formed fractures. The method of simultaneous numerical evaluation both the maximum velocity of the water inflow into the channel and the age of the mud volcanoes, formed in the decomposition conditions of gas hydrates, is proposed. Using this method it was found, in particular, that the mud volcano «Malenkij» was formed not earlier than 6.4 and not later than 5 thousand years ago at the maximum velocity of the water inflow through the channel's base equal 7.7±1.4 cm/yr.
About the Author
A. Ya. Golmshtok
Saint-Petersburg Department of the P. P. Shirshov Institute of Oceanology of RAS
Russian Federation
Russian Federation
References
1. Hutchinson D. R., Golmshtok A. Ya., Zonenshain L. P., Moore T. C., Scholz C. A., Klitgord K. D. Depositional and tectonic framework of the rift basins of Lake Baikal from multichannel seismic data // Geology. 1992. V. 20, N. 7. P. 589—592.
2. Зоненшайн Л. П., Гольмшток А. Я., Хатчинсон Д. Р. Структура Байкальского рифта // Геотектоника. 1992. № 5. С. 63—77.
3. Гольмшток А. Я., Дучков А. Д., Хатчинсон Д. Р., Ханукаев С. Б., Ельников А. И. Оценки теплового потока на озере Байкал по сейсмическим данным о нижней границе слоя газогидратов // Геология и геофизика. 1997. № 38. С. 1677—1691.
4. Golmshtok A. Y., Duchkov A. D., Hutchinson D. R., Khanukaev S. B. Heat flow and gas hydrates of the Baikal Rift Zone // Int. J. Earth Sci. 2000. V. 89. P. 193—211.
5. Sloan E. D. Jr., Koh C. Clathrate Hydrates of Natural Gases. Third edition. N.Y.: CRC Press, 2007. 758 p.
6. Yamano M., Uyeda S., Aoki Y. et al. Estimates of heat flow derived from hydrates // Geology. 1982. V. 10 (7). P. 339—343.
7. Kvenvolden K. A. Gas hydrates — geological perspectives and global change // Reviews of Geophysics. 1993. V. 31. P. 173—187.
8. Гинсбург Г. Д., Соловьев В. А. Субмаринные газовые гидраты. СПб.: ВНИИОкеангеология, 1994. 199 с.
9. Кузьмин М. И., Калмычков Г. В., Гелетий В. Ф. и др. Первое обнаружение газогидратов в осадках озера Байкал // Докл. РАН. 1998. Т. 362, № 4. С. 541—543.
10. Matveeva T. V., Mazurenko L. L., Soloviev V. A., Klerkx J., Kaulio V. V., Prasolov E. M. Gas hydrate accumulation in the subsurface sediments of Lake Baikal (Eastern Siberia) // Geo-Marine Letters. 2003. N. 23/3–4. P. 289—299.
11. Dе Batist M., Klerkx J., van Rensbergen P., Vanneste M., Poort J., Golmshtok A., Kremlev A., Khlystov O., Krinitsky P. Active Hydrate Destabilization in Lake Baikal, Siberia // Terra Nova. 2002. V. 14(6). P. 436—442.
12. Van Rensbergen P., De Batist M., Klerkx J., Hus R., Poort J., Vanneste M., Granin N., Khlystov O., Krinitsky P. Sublacustrine mud volcanoes and methane seeps caused by dissociation of gas hydrates in Lake Baikal // Geology. 2002. V. 30. P. 631—634
13. Vanneste M., Poort J., De Batist M., Klerkx J. Atypical heat-flow near gas hydrate irregularities and cold seeps in the Baikal Rift Zone // Marine and Petroleum Geology. 2003. V. 19. P. 1257—1274.
14. Klerkx J., De Batist M., Poort J., Hus R., Van Rensbergen P., Khlystov O., Granin N. Tectonically controlled methane escape in Lake Baikal // Advances in the geological storage of carbon dioxid: international approaches to reduce anthropogenic greenhouse gas emissions. 2006. V. 65. P. 203—219.
15. Теркот Д., Шуберт Дж. Геодинамика. Геологические приложения физики сплошных сред. Ч. 2. М.: Мир, 1985. 360 с.
16. Athy L. F. Density, porosity and compaction of sedimentary rocks // Am. Assoc. Pet. Geol. Bull. 1930. V. 14. P. 1—24.
17. Allen P. A., Allen J. R. Basin Analysis. Principles and Applications. Oxford: Blackwell Scientific Publications, 2005. 549 p.
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.
19. Гольмшток А. Я. Разломообразование и условия стабильности газовых гидратов в осадках озера Байкал // Физика Земли. 2014. № 4. С. 70—85.
20. Scholz C. A., Hutchinson D. R. Stratigraphic and Structural Evolution of the Selenga Delta Accommodation Zone, Lake Baikal Rift, Siberia // Int. J. Earth Sci. 2000. V. 89. P. 212—228.
21. Дядин Ю. А. Супрамолекулярная химия: клатратные соединения // Соровский Образовательный Журнал. 1998. № 2. С. 79—88.
22. 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.
23. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Статистическая физика. М.–Л.: ГИТТЛ, 1940. 223 с.
24. Bonacia C., Comini G., Fasano A., Primicerio M. Numerical solution of phase-change problems // Int. J. Heat Mass Transfer. 1973. V. 16. P. 1825—1832.
25. Kozeny J. Ueber kapillare Leitung des Wassers in Boden // Sitzungsber Akad. Wiss. Wien. 1927. V. 136(2a). P. 271—306.
26. Carman P. Fluid flow through a granular bed // Trans. Inst. Chem. Eng. 1937. V. 15. P. 150—167.
27. Лейбензон Л. С. Движение природных жидкостей и газов в пористой среде. М.-Л.: ОГИЗ, 1947. 244 с.
28. Чекалюк Э. Б. Термодинамика нефтяного пласта. М.: Недра, 1965. 236 с.
29. Баренблатт Г. И., Ентов В. М., Рыжик В. М. Движение жидкостей и газов в природных пластах. М: Недра, 1984. 208 с.
30. 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.
31. 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.
32. Rice J. R., Cleary M. P. Some basic stress-diffusion solutions for fluid-saturated elastic porous media with compressible constituents // Reviews of Geophysics and Space Physics. 1976. V. 14. P. 227— 241.
33. COMSOL Multiphysics . 2008. License No:1034054.
34. Семинский К. Ж., Карабанов Е. Б., Кузьмин М. И. Тектонические нарушения осадков озера Байкал (по материалам исследования бурового керна BDP-98) // Геология и геофизика. 2001. Т. 42, № 1—2. С. 308—318.
Review
For citations:
Golmshtok A.Ya. Multichannel seismic profiling, gas hydrates and the numerical simulation of the mud volcanoes formation conditions in Lake Baikal. Fundamental and Applied Hydrophysics. 2016;9(3):18-31. (In Russ.)
Views:
88
Email this article 