Рассматриваются особенности дистанционной регистрации источников естественных выходов углеводородных газов (газовых сипов) в акваториях арктических морей для обоснования возможности проведения аэрокосмического мониторинга шельфовых зон, перспективных на наличие углеводородов. Определены основные характеристики источников дегазации и их проявлений на поверхности и в водной толще. Выбраны участки арктического шельфа, где могут наблюдаться естественные газопроявления, которые можно обнаруживать средствами дистанционного зондирования. Проанализированы перспективные аэрокосмические методы для регистрации газопроявлений в море и приведены примеры наблюдения из космоса выходов углеводородных газов.

Ключевые слова: Арктика, дистанционное зондирование, метановые сипы, газовые гидраты, мониторинг, покмарки, грязевые вулканы, естественные газопроявления

ВВЕДЕНИЕ

Арктический шельф – чрезвычайно перспективный регион для добычи нефти и газа. Естественные выходы углеводородных газов в шельфовых зонах являются, с одной стороны, индикаторами наличия месторождений нефти и газа, а, с другой стороны, угрожают судоходству и объектам нефтегазового комплекса при разведке, освоении и эксплуатации месторождений [Аэрокосмический мониторинг объектов…, 2012; Бондур, 2010; Богоявленский, 2012]. Неглубокие придонные залежи свободного газа или газогидратов мешают проведению буровых работ. Это подтверждается многочисленными газовыми выбросами с созданием аварийных ситуаций в океане, в том числе в Арктических морях. При дегазации донных отложений изменяется плотность воды, что представляет большую опасность для судоходства [Богоявленский, 2012]. В связи с этим для поиска и разведки новых районов, перспективных на наличие углеводородов, а также для обеспечения безопасного судоходства, функционирования морских нефтегазовых промыслов и их инфраструктуры необходимо проводить регулярный мониторинг арктических акваторий, в том числе аэрокосмический, для выявления и картирования газопроявлений различной природы (поля покмарок, подводные грязевые вулканы, залежи свободных газов и газогидратов в донных отложениях и др.) [Аэрокосмический мониторинг объектов…, 2012; Бондур, 2010, 2012].

Неотъемлемой составной частью любых современных комплексных систем мониторинга морей и океанов являются спутниковые средства дистанционного зондирования (ДЗ), которые обладают широкими возможностями и существенными преимуществами по сравнению с наземными средствами, обеспечивая: глобальное покрытие; мгновенную съемку обширных акваторий; высокую оперативность получения данных; возможность регулярного повтора наблюдений; высокое пространственное разрешение; получение комплексных и мультисенсорных данных; возможность организации оперативного мониторинга в любой точке Мирового океана; использование одних и тех же данных для решения широкого круга задач мониторинга океана; существенно более низкая стоимость спутникового мониторинга по сравнению с другими геофизическими наблюдениями [Аэрокосмический мониторинг объектов…, 2012; Бондур, 2004, 2010, 2012].

Спутниковая информация имеет важное практическое значение для информационного обеспечения рационального природопользования, в том числе для поиска и разведки углеводородов, а также для обеспечения эффективного функционирования объектов нефтегазовой отрасли в прибрежно-шельфовых зонах арктических морей [Аэрокосмический мониторинг объектов…, 2012; Бондур, 2010, 2012; Лаврова и др., 2011].

В статье обоснована необходимость разработки новых подходов к проведению комплексных исследований мест разведки, добычи и транспортировки углеводородов в арктических регионах с использованием данных ДЗ, а также современных методов обработки и анализа аэрокосмических изображений. Основное внимание уделено определению мест появления газовых сипов в акваториях северных морей и выявлению их особенностей, таких как: источники происхождения, глубина, характерные размеры, способность выхода на поверхность и др., а также анализу возможностей их регистрации космическими методами.

ИСТОЧНИКИ ЕСТЕСТВЕННЫХ ГАЗОПРОЯВЛЕНИЙ В АКВАТОРИЯХ СЕВЕРНЫХ МОРЕЙ

Особенности газовых сипов

Естественные глубинные газовые высачивания (seeping) впервые были обнаружены в 1984 г. [Kennicut et al., 1985] и к настоящему времени изучены недостаточно полно. Используемое название «холодные сипы» носит условный характер, поскольку температура газовых флюидов, как правило, превышает температуру придонной воды [Леин, Иванов, 2009]. Источники природных газопроявлений распределены в пространстве неравномерно, а их интенсивность может быть самой разной, вплоть до залповых выбросов. Зарегистрировать крупные природные выбросы газа (преимущественно метана) удается достаточно редко [Богоявленский, 2012].

Генезис метана в сипах может быть различным: диагенетический метан осадков; метан грязевых вулканов; метан, выделяющийся при разложении газовых гидратов. Встречаются также сипы подводных вулканов [Леин, Иванов, 2010].

Метан, попавший в воду, распространяется путем диффузии и пузырьковым способом. Далее растворенный газ переносится океаническими течениями. Диффузия метана в воду является медленным процессом. Пузырьковый перенос значительно интенсивнее диффузионного. В глубоководной части Северного Ледовитого океана этот процесс может обеспечивать вынос метана к поверхности морского льда, если объем пузырьков достаточно велик. В противном случае метан успевает раствориться по мере поднятия пузырьков до полного их исчезновения [Шахова и др., 2009]. Метан, попавший на нижнюю границу морского льда, подвергается интенсивному окислению, которое сопровождается выделением сравнительно большого количества тепла. Это способствует изменению реологических свойств ледового покрова, прежде всего прочностных характеристик льда, что отражается на процессах торошения, образования трещин, разводий, каналов [Люшвин, 2013].

Ниже подробнее рассмотрены некоторые источники естественных выходов углеводородных газов в акваториях арктических морей.

Газовые гидраты в шельфовых зонах арктических морей

В настоящее время в мире выявлено более 220 залежей газовых гидратов метана в различных шельфовых зонах морей и океанов. В Северном Ледовитом океане наиболее значимыми являются следующие [Анфилатова, 2008; http://www.globalcarbonproject.org/news/MethaneHydrates.html]: 1) Газогидраты в районе подводного грязевого вулк. Хаакон Мосби (Баренцево море), залегающие на глубине 1250 м. Координаты: 72.0° с.ш.; 15.0° в.д.

2) Газогидратное скопление Малик в дельте р. Маккензи Канадской Арктики, залегающие на глубинах 880–1100 м. Координаты: 69.5° с.ш.; 139.2° з.д.

3) Континентальный склон Аляски (море Бофорта). Основной ареал залегания газовых гидратов расположен между крупнейшими нефтегазовыми месторождениями Прадхо-Бей и Купарук Ривер в 70–200 км от берега. Газогидраты в этом районе приурочены к шести горизонтам песчаников и залегают в интервале глубин от 550 до 700 м; мощность слоев – от 7 до 30 м. Координаты: 70.1°–70.4° с.ш.; 148.4°–149.1° з.д.

На шельфе арктических морей России имеются все необходимые условия для образования газовых гидратов [Богоявленский, 2012].

Районы интенсивной эмиссии метана из донных осадков

В ряде российских и международных экспедиций на шельфе моря Лаптевых и Восточно-Сибирского моря выявлена широкомасштабная эмиссия газа (преимущественно метанового состава). Потоки метана в водной толще (газовые факелы), выходящего из донных отложений, были зарегистрированы при высокоразрешающей сейсморазведке и на эхограммах. На отдельных участках исследователи наблюдали бурление морской поверхности, названное «метановыми печными трубами». Высвобождение метана было таким интенсивным, что газ не успевал раствориться в воде и выходил пузырьками на поверхность. На некоторых участках концентрация метана в 100 раз превышала фоновые значения. На относительно небольшой площади порядка 10000 квадратных миль было выявлено более сотни «фонтанов», вырывающихся сквозь толщу воды в атмосферу. Диаметр просачивающихся со дна пузырей газа достигал примерно 1000 м (см. рис. 1; online-версия статьи с цветными рисунками размещена на сайте электронной библиотеки www.elibrary.ru) [Шахова и др., 2009; Юсупов и др., 2010; http://www.oceanology.ru/goto/http://www.nature.com].

В ходе арктических экспедиций проводился широкий спектр геофизических и гидрохимических исследований, в том числе измерения концентрации метана на разных уровнях шельфа – от придонного слоя до поверхности (рис. 2). Как следует из рис. 2, содержание метана в морях Восточной Арктики очень неоднородно. Самые высокие концентрации метана были зафиксированы на разрушающемся о-ве Муостах в зал. Буор-Хая моря Лаптевых [Шахова и др., 2009; Сергиенко и др., 2012].

Мощные выбросы метана выявлены на участках, подверженных береговой и донной эрозии, а также в зонах повышенной тектонической и сейсмической активности. На рис. 3 представлена схема, характеризующая сейсмическую обстановку в Арктике.

Как следует из рис. 3, зона повышенных выбросов метана характеризуется рассеиванием очагов землетрясений на достаточно обширной территории лаптевоморского побережья, включая зал. Буор-Хая и дельту р. Лена. По мнению ученых [Сергиенко и др., 2012; Богоявленский, 2012], активизация сейсмичности способствует деградации подводной мерзлоты, что приводит к утечке метана из донных осадкой в водную толщу и атмосферу.

Покмарки и плугмарки

Покмарки (округлые углубления в рельефе дна) и плугмарки (протяженные борозды), в том числе и газогидратоносные, известны в целом ряде арктических акваторий [Hovland, Judd, 1993; Vogt et al., 1994; Mazzini et al., 2004; Judd, Hovland, 2007 и др.]. Их формирование связывают с эрозионными процессами, вызванными фокусированной разгрузкой газонасыщенной воды и/или нефти. Покмарки формируются в достаточно мягких морских отложениях и могут достигать более километра в диаметре. Большое количество таких объектов обнаружено на глубине 300 м в районе Штокмановского месторождения.

Размеры плугмарок в ряде случаев достигают нескольких километров в длину, 100-200 м в ширину и 5-10 м в глубину. На геоакустических профилях в Обской губе были выявлены совсем небольшие рытвины, глубиной до 5 м и шириной 25-30 м, расположенные в глубокой части акватории с глубинами 25 м и более [Богоявленский, 2012].

Кроме отмеченных районов в пределах восточной части Баренцевоморского шельфа, подобные микроформы рельефа наблюдались также на юге и западе Баренцева моря. Участки развития этих микроструктур пространственно совпадают с полями распространения на дне большого количества железо-марганцевых конкреций, возникновение которых обычно связывают с глубинными флюидами, поднимающимися по проницаемым зонам в земной коре [Леин, Иванов, 2009].

На дне Норвежского моря обнаружены многочисленные нефтяные и газовые поля, с которыми, как правило, связывают распространение покмарков (рис. 4а) [Judd, Hovland, 2007]. Поля гигантских покмарков зафиксированы в Зюйдкапском желобе (некоторые из них достигают 500 м в диаметре при глубине 10 м) [Леин, Иванов, 2010] (рис. 4б). Диаметр покмарков районов Сторегга и Ньегга составляет 190 м [Anderson et al., 2009]. Небольшие структуры (до нескольких метров в диаметре), напоминающие покмарки, зафиксированы в районе хр. Вестнезе (76° с.ш.). В придонном слое воды над ними была зарегистрирована повышенная концентрация метана [Vogt et al., 1994; Леин и др., 2000].

У берегов Норвегии на дне встречаются также положительные структуры высотой до 30 м и шириной в несколько сотен метров. Их образование связывают с движением поровых вод с легкими углеводородами, мигрирующих из осадков и просачивающихся через тонкий покров (менее 10 м) четвертичных отложений [Judd, Hovland, 2007].

В ходе геофизических исследований, проведенных в 2003 и 2009 гг., в Чукотском море на глубине более 400 м было обнаружено более 50 донных воронок, напоминающих покмарки (рис. 5) (http://www.ccom-jhc.unh.edu). Воронки имеют диаметр 150–850 м, глубина в их центральной части – 40-50 м. Наблюдаемое расположение воронок связывают с наличием разломов в подстилающих отложениях, а некоторые наиболее крупные покмарки расположены в вероятных точках их пересечения. Признаков просачивания газа через исследованные воронки на сонограммах замечено не было [Ласточкин, Нарышкин, 1989; Виноградов и др., 2004].

Подводные грязевые вулканы

В настоящее время в Арктике известен один подводный грязевой вулкан Хаакон Мосби (Haakon Mosby), открытый в 1995 г. между побережьем Норвегии и арх. Шпицберген в районе 72° с.ш., 15° в.д. Вулкан расположен на континентальном склоне Норвегии в верхней части конуса выноса Медвежинского желоба в пределах подводной оползневой долины. В рельефе дна вулкан представляет собой округлое образование высотой от 7 до 15 м над изобатой 1250 м. Диаметр этой вулканической структуры ~1.4 км (рис. 6) [Anderson et al., 2009].

Одной из особенностей грязевого вулкана Хаакон Мосби является мощный тепловой поток. Температура в отложениях кратера вулкана в 1996 г. составляла 15.8°C [Vogt et al., 1994]. По данным более поздних измерений, абсолютная температура пород кратера была еще выше, и составляла ~25.8°C [Kaul et al., 2006]. Мощность осадочного чехла в районе этого вулкана достигает 6 км. Вулкан источает в воду большое количество грязи и газов, среди которых более 99% составляет метан. Все это поступает из земных недр по каналу, уходящему в глубину на 2-3 км. За пределами высокотемпературной зоны осадки, содержащие углеводороды, сменяются газогидратами в виде белого цемента, линз, пластинок, чешуек размером от 0.3 до 5 см [Anderson et al., 2009].

В 2005 г. с помощью эхолокационной съемки севернее центра подводного грязевого вулкана на расстоянии 150-200 м друг от друга были обнаружены несколько трещин и круглых воронок диаметром 0.2–0.6 м, из которых вытекали струи пузырьков. Диаметр рассеивающего облака имел форму пятна размером в поперечнике 400-500 м. Ни на одной из эхограмм область рассеяния не поднимается выше глубин 650–700 м, что соответствует глубине стабильности газовых гидратов для гидрологических условий в этом районе (см. рис. 6б) [Anderson et al., 2009].

Грязевой вулканизм и образование покмарок генетически тесно связаны с сейсмическими событиями. В преддверии землетрясений происходит активизация вулканической деятельности и содержание некоторых компонентов в составе выделяемых флюидов (газов, вод) аномально увеличивается [Леин, Иванов, 2009].

Подводные вулканы

В мае 1983 г. в издании Американского геофизического союза [Kienle et al., 1983] были опубликованы спутниковые ИК-снимки газовых шлейфов у о-ва Беннетта в Восточно-Сибирском море (см. рис. 7а).

Американские геофизики указывали на вулканическую природу шлейфообразования. Позднее анализ архивных космических снимков о-ва Беннетта, проведенный в Институте вулканологии ДВО РАН, показал, что за период 1973-1986 гг. было обнаружено около 150 подобных событий [Кузьмин, Овсянников, 2012]. В последующем было зарегистрировано еще несколько подобных явлений, последнее из которых датируется 14 февраля 2013 г. (рис. 7б) [Масуренков и др., 2013].

На вулканическую природу шлейфообразования у о-ва Беннетта указывают и данные о газовом составе хвостов шлейфов: резкое возрастание концентраций аэрозолей, углекислого газа и сульфатов - компонентов, характерных для вулканических эксгаляций [Федоров др., 2005]. Длина шлейфов обычно составляет сотни километров. В 2008 г. был зафиксирован шлейф длиной более 1000 км (рис. 8) (http://www.polarpost.ru/Library/Kupetskiy/text-zagadki_beennetta.html).

Анализ подводного рельефа у о-ва Беннета и сопоставление его результатов с данными батиметрии за 1974 г. показали, что процесс шлейфообразования у этого острова сопровождается изменениями подводного рельефа, которые связывают с образованием подводных конусов, подобных конусам вулканов. Высота этих конусов составляет не более 10 м, и они не достигают поверхности воды (глубина моря здесь более 30-40 м). Местоположение обнаруженных конусов точно соответствует положению мест шлейфообразования (76.5° с.ш., 149° в.д.). Именно в этом районе (предполагаемой зоне ареального вулканизма с повышенным тепловым потоком) расположена Великая Сибирская полынья, которая представляет собой непрерывную полосу открытой воды и молодых льдов, регулярно образующихся за внешней кромкой припая на участке от о-ва Большой Бегичев в море Лаптевых до Медвежьих о-вов в Восточно-Сибирском море [Масуренков и др., 2013].

ХАРАКТЕРИСТИКИ ИСТОЧНИКОВ ДЕГАЗАЦИИ И ИХ ПРОЯВЛЕНИЙ НА ПОВЕРХНОСТИ И В ВОДНОЙ ТОЛЩЕ

Газопроявления на поверхности воды и в водной толще, характеризуются следующими особенностями [Огай и др., 2007; Иванов, 2007; Бондур, Кузнецова, 2012]:

1) образование на поверхности моря области скопления газовых пузырей различного диаметра;

2) при выбросе пузырьков газа на поверхности воды образуется куполообразное возвышение, именуемое «фонтаном», или кипящий газом (сводообразный водяной купол);

3) диаметр и высота фонтана зависят от того, под каким пластовым давлением и с какой глубины поступает газ;

4) в зоне фонтана наклон поверхности жидкости относительно среднего уровня моря может достигать ~10°, при среднем уровне взволнованной морской поверхности, равном нулю;

5) в зимнее время газовые сипы проявляются на поверхности льда в виде пропарин, диаметром от полуметра до сотен метров;

6) огромные выбросы газа из газогидратных залежей могут образовывать в паковых и иных морских льдах крупные вздутия.

По результатам анализа, проведенного выше, можно выделить участки на арктическом шельфе, где могут наблюдаться естественные газопроявления, мониторинг которых целесообразно осуществлять с использованием космических средств. В табл. 1 [Бондур, Гребенюк, 2001; Бондур и др., 2006] приведены источники дегазации, координаты и признаки проявления газовых сипов на водной поверхности в толще воды.

Флюидопроявление на дне сопровождается не только выходом пузырьков газа, но и выносом вместе с ними питательных веществ из осадков, что способствует развитию бентосных и планктонных сообществ. В сериях морских экспедиций было установлено, что биологическая активность вод над газопроявлениями превышает фоновое значение на один–два порядка [Шнюков, 2009]. Это является критерием обнаружения потоков флюидов при ДЗ [Аэрокосмический мониторинг объектов…, 2012].

Выходы струйных метановых газовыделений проявляются на морской поверхности за счет различных механизмов. Физические основы их дистанционного обнаружения подробно изложены в работах [Бондур, 2004, 2010, 2012; Бондур, Кузнецова, 2012; Бондур, Зубков, 2005; Бондур, Гребенюк, 2001; Бондур и др., 2006 а, б; Bondur, 2011].

КОСМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ РЕГИСТРАЦИИ ГАЗОПРОЯВЛЕНИЙ В МОРЕ

Исходя из технических характеристик существующей дистанционной аппаратуры (пространственное разрешение, период обновления информации, ширина полосы обзора и др.), доступности, простоты обработки и интерпретации данных, а также вероятности обнаружения и правильной идентификации объектов, в настоящее время при исследовании газовых сипов на водной поверхности наиболее эффективными средствами являются радиолокационные, оптические и тепловые датчики, установленные на аэрокосмических носителях [Бондур, 2010, 2012; Бондур, Кузнецова, 2012]. Основные признаки газопроявлений на морской поверхности и в водной толще, а также методы их дистанционной индикации приведены в табл. 2.

Ниже приводятся объяснения подходов к выбору космических методов для исследования естественных газопроявлений в море.

По спутниковым данным в оптическом диапазоне спектра среднего и низкого пространственного разрешения хорошо прослеживаются пространственное распределение, а также скорость формирования и распространения фитопланктона в шельфовых зонах [Аэрокосмический мониторинг объектов…, 2012; Бондур, 2004, 2010, 2012; Бондур и др., 2006; Лаврова и др., 2011; Bondur, 2011]. Примеры космических изображений, полученных аппаратурой MODIS (спутник Terra) и спектрометра MERIS (спутник Envisat) в зоне массового развития фитопланктона в Баренцевом море представлены на рис. 9 (http://oceancolor.gsfc.nasa.gov).

Кроме этого, спутниковые оптические данные позволяют проводить измерения цветовых характеристик океана, обнаруживать взвешенные вещества, области повышенной мутности и др. (рис. 10).

Ввиду высокой пространственной изменчивости таких явлений, как куполообразные выбросы газа, наличие пузырьков и трещин в ледовом покрове для их регистрации могут использоваться приборы высокого пространственного разрешения видимого диапазона спектра, установленные как на спутниках, так и на низколетящих носителях (рис. 11). Уникальные, масштабные газопроявления, подобные кругам на льду, возникающим в акватории оз. Байкал (рис. 12), могут быть выявлены с помощью оптической аппаратуры среднего и даже низкого разрешения, установленной на спутниках типа Landsat, SPOT, Terra, Канопус и др.

Многоспектральная и гиперспектральная космические съемки с высоким и средним пространственным разрешением (при условии проведения синхронных подспутниковых контактных измерений) позволяют определять абсолютные значения ряда характеристик морской среды по измерениям цвета океана (мощности восходящего излучения в узких спектральных интервалах) и в дальнейшем проводить анализ пространственно-временной изменчивости этих параметров [Бондур, 2004, 2014; Бондур, Зубков, 2005; Бондур и др., 2006; Bondur, 2011].

Другой подход, не связанный с измерением абсолютных величин и ориентированный, в большей степени, на выявление различных динамических процессов в океане, основан на использовании характеристик относительной изменчивости сигналов обратного рассеяния в различных участках спектра электромагнитных волн [Бондур и др., 2006; Бондур, Зубков, 2005]. В качестве такой характеристики может быть использован индекс цвета

1ц = В(450)/В(520),

где В(450) и В(520) – яркости восходящего из морской среды излучения на длинах волн 450 и 520 нм при наблюдении в надир.

Индекс цвета получил распространение как самостоятельная характеристика, используемая для представления результатов исследований океана и их интерпретации на качественном уровне [Оптика океана, 1983]. Этот индекс чувствителен к множеству факторов, определяющих состояние морской среды. Можно предложить и другие варианты индекса цвета с использованием иных участков спектра. Смысловая нагрузка индекса в каждом конкретном случае будет зависеть от сочетания длин волн [Бондур, 2004; Бондур и др., 2006; Бондур, Зубков, 2005].

Рассмотрим некоторые основные особенности радиолокационного обнаружения естественных газовых проявлений. При слабом волнении или штиле в местах выхода естественных газовых компонент при наличии пузырьковой составляющей будут наблюдаться аномалии положительной контрастности по отношению к уровню собственного шума приемника [Бондур, 2004, 2010, 2012]. Возникновение газовых компонент в толще воды приводит к появлению градиента плотности по глубине, что может вызвать генерацию внутренних волн, которые, взаимодействуя с поверхностным волнением, приводят к появлению гладких полос (сликов), что в свою очередь отразится на РЛИ [Бондур, 2004, 2010, 2012; Лаврова и др., 2011] (рис. 13).

Мощность обратно-рассеянного сигнала, попадающего в приемную антенну РЛС, зависит от поляризации излучения и от взаимного направления поляризаций при излучении и приеме [Бондур, 2004; Аэрокосмический мониторинг объектов…, 2012]. В общем случае, коэффициент рассеяния водной поверхности при вертикальной поляризации выше, чем при горизонтальной или перекрестных поляризациях.

Вертикальная поляризация (VV) применяется для изучения многочисленных процессов и явлений, которые проявляются на морской поверхности посредством модуляции гравитационно-капиллярной составляющей спектра поверхностного волнения [Бондур, 2004, 2012; Bondur, 2011]. Горизонтальная поляризация (HH), будучи менее чувствительной к вариациям мелкомасштабной шероховатости морской поверхности, широко применяется для наблюдения морских льдов и разделения радиолокационных образов ледяного покрова и открытой воды. Поскольку интенсивность рассеяния морской поверхностью существенно понижается при использовании излучения и приема на перекрестных поляризациях (VH и HV), такие режимы используются для выделения на морской поверхности объектов, обуславливающих многократное рассеяние, таких, например, как корабли, объекты нефтегазовой инфраструктуры, деформации ледового покрова [Бондур 2004, 2010, 2012; Лаврова и др., 2011].

При проведении мониторинга газопроявлений на шельфе арктических морей должны привлекаться данные метеорологических спутников и иная сопутствующая геофизическая и картографическая информация. Для решения задач дистанционной регистрации газовых сипов также важно использовать различные подходы к обработке и анализу спутниковых изображений с целью получения требуемых характеристик [Бондур, 2014].

Комплексное использование данных, различных по своей физической природе, предоставит возможность более полно восстановить целостную картину происходящих процессов и явлений в шельфовых зонах Арктики.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проанализированы особенности естественных газопроявлений (сипов) в акваториях арктических морей: источники происхождения, глубина, размеры, возможности выхода на поверхность и др. Выявлены характерные признаки их проявлений на поверхности и в водной толще.

Выбраны участки на Арктическом шельфе, где могут наблюдаться естественные газопроявления, включая подводные грязевые вулканы, залежи газовых гидратов, покмарки и другие источники, с целью проведения их последующего мониторинга с использованием космических средств.

Обоснованы возможности регистрации и выявления газовых сипов по различным типам космических изображений. Показано, что при проведении мониторинга газопроявлений на шельфе арктических морей целесообразно привлекать данные различных спутников и иную сопутствующую геофизическую и картографическую информацию. Комплексное использование данных, различных по своей физической природе, позволит восстановить целостную картину процессов и явлений, происходящих в шельфовых зонах российской Арктики. Исходя из технических особенностей существующей дистанционной аппаратуры, доступности, простоты обработки и интерпретации данных, а также высокой вероятности обнаружения и правильной идентификации образов. В настоящее время наиболее эффективными средствами исследования подобных объектов являются радиолокационные, многоспектральные и гиперспектральные оптические и тепловые датчики.

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 гг.» (уникальный идентификатор проекта RFMEFI57414X0086).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Анфилатова Э.А. Аналитический обзор современных зарубежных данных по проблеме распространения газогидратов в акваториях мира // Нефтегазовая геология. Теория и практика. 2008. № 3. С. 1-8.

Аэрокосмический мониторинг объектов нефтегазового комплекса / Под ред. В.Г. Бондура. М.: Научный мир, 2012. 558 с.

Богоявленский В.И. Перспективы и проблемы освоения месторождений нефти и газа шельфа Арктики // Бурение и нефть. 2012. С. 4-10.

Бондур В.Г. Аэрокосмические методы в современной океанологии // Новые идеи в океанологии. Т. 1: Физика. Химия. Биология. 2004. С. 55-117.

Бондур В.Г. Аэрокосмические методы и технологии мониторинга нефтегазоносных территорий и объектов нефтегазового комплекса // Исслед. Земли из космоса. 2010. № 6. C. 3-17.

Бондур В.Г. Аэрокосмический мониторинг нефтегазоносных территорий и объектов нефтегазового комплекса. Реальности и перспективы // Аэрокосмический мониторинг объектов нефтегазового комплекса / Под ред. В.Г. Бондура. 2012. С. 15-37.

Бондур В.Г. Современные подходы к обработке больших потоков гиперспектральной и многоспектральной аэрокосмической информации // Исслед. Земли из космоса. 2014. № 1. С. 4-16.

Бондур В.Г., Гребенюк Ю.В. Дистанционная индикация антропогенных воздействий на морскую среду, вызванных заглубленными стоками: моделирование, эксперименты // Исслед. Земли из космоса. 2001. № 6. С. 49-67.

Бондур В.Г., Зубков Е.В. Выделение мелкомасштабных неоднородностей оптических характеристик верхнего слоя океана по многозональным спутниковым изображениям высокого разрешения // Исслед. Земли из космоса. 2005. № 4. С. 54-61.

Бондур В.Г., Кузнецова Т.В. Исследование естественных нефте- и газопроявлений на морской поверхности по космическим изображениям // Аэрокосмический мониторинг объектов нефтегазового комплекса / Под ред. В.Г. Бондура. 2012. С. 272–287.

Бондур В.Г., Журбас В.М., Гребенюк Ю.В. Математическое моделирование турбулентных струй глубинных стоков в прибрежные акватории // Океанология. 2006а. Т. 46. № 6. С. 805–820.

Бондур В.Г., Килер Р.Н., Старченков С.А., Рыбакова Н.И. Мониторинг загрязнений прибрежных акваторий океана с использованием многоспектральных спутниковых изображений высокого пространственного разрешения // Исслед. Земли из космоса. 2006б. № 6. С. 42–49.

Виноградов В.А., Гусев Е.А., Лопатин Б.Г. Возраст и структура осадочного чехла Восточно-Арктического шельфа России // Геолого-геофизические характеристики литосферы Арктического региона. 2004. Вып. 5. C. 202-212.

Иванов А.Ю. Слики и пленочные образования на космических радиолокационных изображениях // Исслед. Земли из космоса. 2007. № 3. С. 73-96.

Лаврова О.Ю., Костяной А.Г., Лебедев С.А., Митягина М.И., Гинзбург А.И., Шеремет Н.А. Комплексный спутниковый мониторинг морей России. М.: ИКИ РАН, 2011. 480 с.

Ласточкин А.Н., Нарышкин Г.Д. Новые представления о рельефе дна Северного Ледовитого океана // Океанология. 1989. Т. XXIX. Вып. 6. С. 968-973.

Леин А.Ю., Иванов М.В. Биохимический цикл метана в океане // Природа. 2010. № 2. С. 12-21.

Леин А.Ю., Иванов М.В. Биохимический цикл метана в океане. М.: Наука, 2009. 576 с.

Леин А.Ю., Пименов Н.В., Саввичев А.С., Павлова Г.Л., Русанов И.М., Миллер Ю.М., Иванов М.В. Геохимические особенности диагенеза голоценовых отложений в районе архипелага Шпицберген // Океанология. 2000. Т. 40. № 2. С. 247-256.

Люшвин П.В. Метанотрофное таяние льда // Электронное науч. изд. Альманах пространство и время. 2013. Т. 2. № 2.

Масуренков Ю.П., Собисевич А.Л., Слезин Ю.Б., Шувалов Р.А. Газовые шлейфы у острова Беннетта // Изв. РАН. 2013. С. 86-95.

Огай Е.К., Уразаева С.Б., Петровский В.Б. Новые перспективы и направления нефтегазопоисковых работ с использованием современных технологий дистанционного зондирования Земли // Геология и охрана недр. 2007. № 3. С. 82-89.

Оптика океана. Т. 1. Физическая оптика океана / Под ред. А.С. Монина. М.: Наука, 1983. 372 с.

Сергиенко В.И., Лобковский Л.И., Шахова Н.Е., Романовский Н.Н., Григорьев М.Н., Семилетов И.П., Дударев О.В., Кошурников А.В., Самаркин В.А., Тумской В.Е., Чаркин А.Н., Чувилин Е.М. Комплексные биогеохимические, геологические и геофизические исследования в системе р. Лена - море Лаптевых // Семинар по проблемам эволюции природной среды в Арктической зоне. 11 мая 2012 г.

Федоров П.И., Флеров Г.Б., Головин Д.И. Новые данные о возрасте и составе вулканических пород острова Беннетта (Восточная Арктика) // Докл. РАН. 2005. Т. 400. № 5. С. 666-670.

Шахова Н.Е., Сергиенко В.И., Семилетов И.П. Вклад Восточно-Сибирского шельфа в современный цикл метана // Вестн. РАН. 2009. Т. 79. № 6. С. 507–518.

Шнюков Е.В. Проблемы, методы и особенности исследований Мирового океана // Гидроакустичний журн. 2009. № 6. С. 42-55.

Юсупов В.А., Салюк А.Н., Карнаух В.Н., Семилетов И.П., Шахова Н.Е. Обнаружение областей пузырьковой разгрузки метана на шельфе моря Лаптевых в Восточной Арктике // Докл. РАН. 2010. Т. 430. №6. С. 820-823.

Andersen C., Boetius A. et al. Biodiversity of cold seep ecosystems along the European margins // Oceanogr. 2009. V. 22. P. 119–135.

Bondur V.G. Satellite monitoring and mathematical modelling of deep runoff turbulent jets in coastal water areas // Waste Water – Evaluation and Management. ISBN 978-953-307-233-3. InTech, Croatia, 2011. Р. 155–180.

Hovland M., Judd A.G., Burke P.A. The global flux of methane from shallow submarine sediments // Chemosphere. 1993. V. 26. P. 559–578.

Judd A., Hovland M. Seabed fluid flow. The impact on geology, biology and the marine environment // Cambridge: Cambr. Univ. Press, 2007. 475 p.

Kaul N., Foncher Y.-P., Heesemann M. Estimating mud expulsion rates from temperature measurements on Haakon Mosby Mud Volcano, SW Barents Sea // Mar. Geol. 2006. V. 229. P. 1-14.

Kienle J., Roederer J.G., Shaw G.E. Volcanic event in Soviet Arctic? // EOS. 1983. V. 64. № 20. P. 377.

Kennicut M.C., Brooks J.M., Bidigare R.J.R. et al. Vent type taxa in a hydrocarbon seep region on the Luisiana slope // Nature. 1985. V. 317. P. 351-353.

Mazzini A., Ivanov M.K., Parnell J., Stadnitskaya A., Cronin B.T., Poludetkina E., Masurenko L., van Weering T.C.E. Methane-related authigenic carbonates from the Black Sea geochemical characterization and relation to seeping fluids // Mar. Geol. 2004. V. 212. P. 153-181.

Vogt P.R., Cherkashev G., Ginsburg G., Lein A.Yu. et al. Haakon Mosby mud volcano provides unusual example of Venting // EOS 1997. Trans. AGU. 1994. V. 78. P. 556–557.

Detecting Gas Seeps in Arctic Sea Water Areas Using Remote Sensing Data

V.G. Bondur, T.V. Kuznetsova

AEROCOSMOS Research Institute for Aerospace Monitoring, Moscow

Features of remote registration of natural hydrocarbon gas seeps in Arctic sea water areas are considered to substantiate possibility of aerospace monitoring of shelf zones prospective for hydrocarbons. Main characteristics of degasation sources and their manifestations on the surface and in the water column have been determined, and areas of the Arctic shelf of potential gas shows which can be remotely detected have been selected. Promising aerospace methods for gas show registration have been analyzed, and examples of hydrocarbon gas seep observation by remote sensing means are given.

Keywords: Arctic, remote sensing, methane seeps, gas hydrates, monitoring, pockmarks, mud volcano, natural gas shows

Ссылка на статью:

Бондур В.Г., Кузнецова Т.В. Выявление газовых сипов в акваториях Арктических морей с использованием данных дистанционного зондирования // Исследование Земли из Космоса. 2015. № 4. С. 30-43.