Условия, механизм и стадии развития пингоподобных форм на шельфе Печорского моря

На основе результатов многолучевого эхолотирования и сейсмического профилирования, выполненных в 2018–2019 гг. в рамках научных рейсов НИС “Академик Николай Страхов”,  с привлечением всех ранее опубликованных данных разработана концептуальная схема образования пингоподобных форм на шельфе Печорского моря (юго-восточная часть акватории Баренцева моря между островами Колгуев и Вайгач). При интерпретации генезиса рельефа дна на полигоне площадью около 12 км кв. использованы как полученные авторами новые геофизические данные, так и материалы бурения, опубликованные ранее. Установлено, что образование пингоподобных форм на дне происходит при наличии многолетнемерзлых пород в условиях отрицательных температур придонных вод под действием потока флюидов из недр. Основной причиной возникновения пингоподобных форм является образование зон аномально высокого пластового давления в толще или ниже подошвы многолетней мерзлоты в результате миграции флюидов к поверхности дна. Образованию пингоподобных форм предшествует появление валообразного поднятия дна за счет выдавливания пластично-мерзлых глинистых толщ к приповерхностной части разреза. В дальнейшем в результате нарушения сплошности и частичного оттаивания многолетней мерзлоты на своде валообразного поднятия начинается рост пингоподобной формы, представляющей собой грязевулканическую постройку. Миграция газа по вертикальному каналу к вершинному кратеру может сопровождаться промерзанием слагающих пингоподобную форму глинистых осадков в результате дроссельного эффекта Джоуля‒Томпсона. Истекающие из вершинного кратера грязевые массы могут промерзать на склонах пингоподобной формы в результате охлаждения содержащейся в них пресной воды в условиях отрицательных придонных температур. Увеличение размера грязевулканической постройки приводит к снижению давления близ подошвы деградирующей под действием флюидопотока многолетней мерзлоты, что приводит к постепенному оседанию валообразных поднятий дна и возникновению компенсационных впадин. По результатам повторного мониторинга газопроявлений установлено, что более половины пингоподобных форм на обследованном полигоне в настоящее время являются действующими каналами миграции флюидов из недр к поверхности дна и в водную толщу.

1. Атлас: геология и полезные ископаемые шельфов России. (2004). М.: ГИН РАН. 108 с.

2. Бондарев В. Н., Рокос С. И., Костин Д. А. и др. (2002). Подмерзлотные скопления газа в верхней части осадочного чехла Печорского моря. Геология и геофизика. Т. 43. № 7. С. 587—598.

3. Денисова А. П., Мороз Е. А., Еременко Е. А. и др. (2022). Признаки дегазации в области распространения ледникового и водно-ледникового рельефа в северо-восточной части Баренцевоморского шельфа. В сб.: Рельеф и четвертичные образования Арктики, Субарктики и Северо-Запада России. Вып. 9. СПб: ВНИИОкеангеология им. И. С. Грамберга. С. 78—86. https://doi.org/10.24412/2687-1092-2022-9-78-86

4. Кохан А. В., Мороз Е. А., Еременко Е. А. и др. (2022). Морфология пингоподобных форм на шельфах морей Печорского и Карского как индикатор их возраста и динамики. В сб.: Рельеф и четвертичные образования Арктики, Субарктики и Северо-Запада России. Вып. 9. СПб: ВНИИОкеангеология им. И. С. Грамберга. С. 143—148. https://doi.org/10.24412/2687-1092- 2022-9-143-148

5. Кохан А. В., Мороз Е. А., Еременко Е. А. и др. (2023). Флюидогенный рельеф районов распространения многолетней мерзлоты на шельфе Печорского и Карского морей. Вестник Московского университета. Сер. 5. География. Т. 78. № 3. С. 104—124. https://doi.org/10.55959/MSU0579-9414.5.78.3.9

6. Крапивнер Р. Б. (2007). Признаки неотектонической активности Баренцевоморского шельфа. Геотектоника. № 2. C. 73—89.

7. Мельников В. П., Спесивцев В. И. (1995). Инженерно-геологические и геокриологические условия шельфа Баренцева и Карского морей. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние. 194 с.

8. Мельников В. П., Федоров К. М., Вольф А. А., Спесив- цев В. И. (1998). Анализ возможного сценария образования придонных ледяных бугров на шельфе Печорского моря. Криосфера Земли. Т. 11. № 4. С. 51—57.

9. Методическое руководство по составлению и подготовке к изданию листов государственной геологической карты Российской Федерации масштаба 1:1 000 000 (третьего поколения). (2009). СПб: ВСЕГЕИ. 198 с.

10. Миронюк С. Г. (2020). Флюидогенные образования: обоснование выделения новой генетической группы рельефа морского дна. В сб.: VIII Щукинские чтения: рельеф и природопользование. Материалы Всероссийской конференции с международным участием. М.: МГУ. С. 37—43.

11. Миронюк С. Г., Иванова А. А., Хлебникова О. А. (2019а). Флюидогенные формы рельефа как индикаторы нефтегазоносности недр шельфа. В сб.: Труды VII Международной научно-практической конференции “Морские исследования и образование (MARESEDU-2018)”. Т. II (IV). Тверь: ООО “ПолиПРЕСС”. С. 120—125.

12. Миронюк С. Г., Колюбакин А. А., Голенок О. А. и др. (2019б). Грязевулканические структуры (вулканоиды) Карского моря: морфологические особенности и строение. В сб.: Геология морей и океанов: Материалы XXIII Международной научной конференции (Школы) по морской геологии. М.: ИО РАН. Т. 5. С. 192—196.

13. Рокос С. И. (1996). Стратиграфия и геохронология четвертичных отложений мелководного шельфа Печорского и Карского морей по данным инженерно-геологического бурения. В сб.: Тезисы междунар. конф. “Эволюция биологических процессов и морские экосистемы в условиях оке- анического перигляциала”. Мурманск: ММБИ. С. 22—23.

14. Система Баренцева моря. (2021). Под ред. А. П. Лисицы- на. М.: ГЕОС. 671 с.

15. Хант Дж. (1982). Геохимия и геология нефти и газа. М.: МИР. 706 с.

16. Blasco S., Bennett R., Brent T. et al. (2013). 2010 State of Knowledge: Beaufort Sea seabed geohazards associated with offshore hydrocarbon development. Geol. Surv. Can. Open File 6989. 340 p. https://doi.org/10.4095/292616

17. Bogoyavlensky V., Kishankov A., Yanchevskaya A. et al. (2018). Forecast of Gas Hydrates Distribution Zones in the Arc- tic Ocean and Adjacent Offshore Areas. Geosciences. V. 8. № 12. 453. https://doi.org/10.3390/geosciences8120453

18. Diak M., Böttcher M. E., Ehlert von Ahn C. M. et al. (2023). Permafrost and groundwater interaction: current state and future perspective. Front. Earth Sci. V. 11. https://doi.org/10.3389/feart.2023.1254309

19. Frederick J. M., Buffett B. A. (2015). Effects of submarine groundwater discharge on the present-day extent of relict submarine permafrost and gas hydrate stability on the Beaufort Sea continental shelf. J. Geophys. Res.: Earth Surf. V. 120. Iss. 3. https://doi.org/10.1002/2014JF003349

20. Frederick J. M., Buffett B. A. (2016). Submarine groundwater discharge as a possible formation mechanism for permafrost-associated gas hydrate on the circum-Arctic continental shelf. J. Geophys. Res. Solid Earth. V. 121. Iss. 3. 1383—1404. https://doi.org/10.1002/2015JB012627

21. Grob H., Riedel M., Duchesne M. J. et al. (2023). Revealing the extent of submarine permafrost and gas hydrates in the Canadian Arctic Beaufort Sea using seismic reflection indicators. Geochem., Geophys., Geosyst. V. 24. Iss. 5. e2023GC010884. https://doi.org/10.1029/2023GC010884

22. Gwiazda R., Paull C. K., Dallimore S. R. et al. (2018). Fresh-water seepage into sediments of the shelf, shelf edge, and continental slope of the Canadian Beaufort Sea. Geochem., Geophys., Geosyst. V. 19. Iss. 9. P. 3039—3055. https://doi.org/10.1029/2018GC007623

23. Overduin P., Von Deimling T. S., Miesner F. et al. (2019). Submarine permafrost map in the Arctic modeled using 1-D transient heat flux (SuPerMAP). J. Geophys. Res.: Oceans. V. 124. Iss. 6. P. 3490—3507. https://doi. org/10.1029/2018JC014675

24. Paull C. K., Dallimore S. R., Jin Y. K. et al. (2022). Rapid seafloor changes associated with the degradation of Arctic submarine permafrost. PNAS. V. 119. № 12. https://doi.org/10.1073/pnas.2119105119

25. Paull C. K., Lii W. U., Dallimore S. R. et al. (2007). Origin of pingo-like features on the Beaufort Sea shelf and their possible relationship to decomposing methane gas hydrates. Geophys. Res. Lett. V. 34. L01603. https://doi.org/10.1029/2006GL027977.

26. Poley D. F. (1982). A detailed study of a submerged pingo-like feature in the Canadian Beaufort Sea (Arctic, Canada). Dalhousie University, Department of Geology. 105 p.

27. Portnov A., Smith A. J., Mienert J. et al. (2013). Offshore permafrost decay and massive seabed methane escape in water depths >20m at the South Kara Sea shelf. Geophys. Res. Lett. V. 40. https://doi.org/10.1002/grl.50735

28. Serov P., Portnov A., Mienert J. et al. (2015). Methane release from pingo-like features across the South Kara Sea shelf, an area of thawing offshore permafrost. J. Geophys. Res.: Earth Surf. V. 120. Iss. 8. P. 1515—1529. https://doi. org/10.10022015JF003467

29. Shearer J. M., Macnab R. F., Pelletier B. R., Smith T. B. (1971). Submarine pingoes in the Beaufort Sea. Science. V. 174. № 4011. P. 816—818.

30. Van Rensbergen P., Rabaute A., Colpaert A. et al. (2007). Fluid migration and fluid seepage in the Connemara Field, Porcupine Basin interpreted from industrial 3D seismic and well data combined with high-resolution site survey data. Int. J. Earth Sci. V. 96. Iss. 1. P. 185—197. https://doi.org/10.1007/s00531-005-0021-2

31. Weatherall P., Marks K. M., Jakobsson M. et al. (2015). A new digital bathymetric model of the world’s oceans. Earth and Space Sci. V. 2. Iss. 8. P. 331—345. https://doi.org/10.1002/2015EA000107