Важным результатом глубоководного бурения в Мировом океане явилось доказательство газогидратоносности его недр [Initial reports…, 1982; 1982a; Joides journal, 1982]. Сейчас не вызывает сомнений развитие гидратов газа в верхней части разреза на значительных площадях. Хотя прямые наблюдения гидратов в керне сделаны только в двух районах - на континентальном склоне Центрально-Американского желоба в Тихом океане и на подводном хребте Блейк-Аутер в Атлантическом, анализ известных проявлений и признаков гидратов газа уже позволяет выявить некоторые закономерности их распространения [Гинсбург и др., 1984]. Во-первых, гидраты газа пространственно приурочены к континентальным склонам и подножиям, что не случайно, а определяется сочетанием благоприятных термобарических условий и сравнительно высокого содержания в отложениях органического вещества - источника биогенного метана. Во-вторых, - гидраты газа не насыщают полностью поровое пространство всех отложений, залегающих в пределах термобарической зоны их стабильности; по-видимому, имеет место определенный литологический контроль газогидратоносности: больше гидратов содержат относительно грубозернистые отложения - пепловые и песчанистые горизонты [Гинсбург и др., 1984; Initial reports…, 1982; 1982a].

Ясно, что газогидратообразование представляет собой специфическое геологическое явление, присущее недрам океанов. Задача настоящего сообщения - рассмотреть его с позиций океанического литогенеза.

Наиболее существенным геологическим эффектом газогидратообразования принято считать консервацию газов. Но газы стабилизуются в гидратах вместе с водой. Если основываться на прогнозной оценке запасов гидратов в недрах океанов [Трофимук и др., 1979], то масса связанной в них воды составит 10¹⁵ т, что соизмеримо с массой воды в подземных льдах мерзлой зоны.

Прослеживается аналогия между газогидратообразованием в недрах и криолитогенезом: сходство энергетической и физико-химической сущности обоих процессов, что проявляется в изменении агрегатного состояния, большая потеря тепла при этом и увеличение объема воды - при замерзании на 9%, при вовлечении в структуру гидрата на 25%, одинаковое влияние растворенных солей на равновесную температуру процесса. В том и другом процессах имеет место отделение, по крайней мере, части воды от скелета породы и иммобилизация выделившейся воды. Сходным образом изменяется ряд физических свойств: мерзлые и гидратоносные отложения отличаются от водоносных меньшими плотностью и электропроводностью и большей скоростью распространения упругих волн [Макогон, 1974; Stoll & Bryan, 1979].

Используя закономерности, установленные в криолитологии, мы получаем возможность оценить газогидратообразование как литогенетическое явление. В первую очередь, должна быть отмечена специфика диагенетического уплотнения отложений при образовании в них гидратов газа; в массиве пород в целом оно, как и при замерзании, приостанавливается. Кроме того, в структуру гидратов включается только пресная вода, и соленость оставшейся воды возрастает. Поэтому газогидратообразование в отложениях сопровождается изменением солевого режима поровых вод. Подтверждением тому служит пониженная минерализация поровой воды, извлеченной из гидратосодержащих кернов [Hesse & Harrison, 1981]. С другой стороны, под газогидратонасыщенными отложениями, вероятно, можно встретить воды повышенной солености, подобные криопэгам под мерзлыми отложениями морского генезиса. По аналогии с криолитогенезом можно также предполагать, что образование гидратов газа в отложениях сопровождается замедлением физико-химических процессов в водной среде и выпадением в осадок части растворенных в поровых водах солей.

Все известные проявления гидратов газа как породообразующих компонентов в океанических отложениях могут быть классифицированы в петрографическом смысле на три типа: гидрат - мономинеральная порода, гидрат - один из главных породообразующих минералов и гидрат - акцессорий. Перечисленным типам гидратов газа отвечают вполне определенные формы подземного льда. При этом достаточно хорошо изученный процесс льдовыделения при промерзании неконсолидированных отложений можно использовать как модель природного газогидратообразования.

Аналогом льда-породы служит пока единственное тело газового гидрата, вскрытое скважиной 570 DSDP на континентальном склоне Центрально-Американского желоба на глубине 249 м в плиоценовой алевритовой глине с прослоями песчаника [Joides journal, 1982]. Здесь был поднят метровой длины керн почти мономинерального белого гидрата (вероятно, составляющего не менее 90% породы). По данным каротажа тело гидратов имеет мощность 3-4 м, характеризуется скоростью звука более 3 км/с при плотности 1,1 г/см³ и является, скорее всего, субгоризонтальным или субизометричным. В криолитологии известны ледогрунтовые тела с относительно низкой плотностью и льдистостью до 60-90% по объему, образующиеся в результате промерзания влагонасыщенных отложений типа суспензий [Попов, 1967]. В океане на континентальных склонах и подножиях широко распространены отложения суспензионных потоков; они характеризуются низкой плотностью, порой ниже 1,1 г/см³ [Фролов, 1984], и мощностью слоев до 6 м [Казанский, 1976]. О приуроченности к ним гидратов газа может свидетельствовать тот факт, что признаки гидратоносности отложений в Центрально-Американском желобе чаще наблюдались вблизи подводных каньонов [Initial reports…, 1982]; в одном из кернов включение газового гидрата находилось вблизи обломка дерева [Initial reports…, 1982]. Представляется, что при движении вниз по склону суспензионного потока, водонасыщенный материал которого содержит газ, благодаря интенсивному турбулентному перемешиванию создаются условия для реализации поверхностно-контактного механизма гидратообразования - мономинеральные гидраты газа формируются так же, как это происходит в свободном объеме, в частности, при техногенном гидратообразовании в трубопроводах.

Аналогом льда - породообразующего минерала являются гидраты газа в отложениях, которые в керне описывались как «мерзлые» и «сцементированные льдом» [Initial reports…, 1982; 1982a]; длина таких гидратоносных интервалов от 1 до 50 см, они включают породы различной зернистости - от алевролитовых глин до грубозернистого песка. Гидраты газа в таких отложениях, по-видимому, заполняют только поры и представляют собой гидрат-цемент, подобный льду-цементу. Характерным примером такой породы служит крепкий полосчатый (светло- и темно-серый) вулканический пепел с глубины 141 м из скважины 492 DSDP в том же Центрально-Американском желобе; после разложения цементировавших образец гидратов он потерял полосчатость и превратился в разжиженную неструктурную массу [Initial reports…, 1982]. Как видно, газогидратоносные отложения этого типа вполне аналогичны мерзлым пескам и алевритам поровой криогенной текстуры. Последние же, как известно, формируются без существенной миграции воды; причем при промерзании относительно тонкозернистых пород это возможно тогда, когда процесс происходит быстро или в более или менее замкнутом поровом объеме.

В качестве аналога льда, не являющегося главным породообразующим минералом, можно рассматривать гидраты газа, описанные в керне океанических отложений как «льдоподобные образования» и «включения льда» [Initial reports…, 1982; 1982a; On leg…, 1981]. Они имеют размер до 3 см и выполняют отдельные пустоты и трещины в алевритовой глине, глинистом алеврите и глинистом тонкозернистом песчанике. И если редкость и нерегулярность включений непородообразующего льда является следствием редкой пустотности и малой исходной водонасыщенности промерзшей породы, то и гидраты-акцессории могут рассматриваться как результат недостатка исходного вещества - скорее всего, газа, поскольку в нелитифицированных субмаринных отложениях трудно предполагать дефицит воды.

Необходимость в газе-гидратообразователе - главное и наиболее очевидное отличие рассматриваемого процесса от криолитогенеза. Понятно, что степень гидратонасыщенности отложений должна зависеть от количества исходного газа - аутогенного и/или миграционного и что поэтому она будет варьировать от места к месту. Имеются и другие отличия, ограничивающие применение криолитологических моделей к изучению природного газогидратообразования. В частности, объем системы при образовании гидратов из газа и воды в отличие от льдообразования уменьшается. Кроме того, равновесие реакции образования гидратов газа значительно больше, чем фазовый переход воды в лед, зависит от давления.

Итак, газогидратообразование в недрах Мирового океана, обладая определенными чертами сходства и различия с льдовыделением при промерзании, является фактором океанического литогенеза, близким по значению криолитогенезу на суше. Можно предполагать, что газогидратоносные отложения, участвуя в строении континентальных склонов и подножий, играют в их формировании двойную роль — конструктивную и деструктивную. С одной стороны, гидратообразование стабилизует вещество суспензионных потоков. С другой стороны, разложение гидратов, сопровождающееся освобождением воды и газа и ростом порового давления, способно, очевидно, провоцировать оползни [7, 12]. Это возможно при изменении термобарической обстановки в отложениях, обусловленном понижением уровня океана, тектоническими движениями, повышением температуры.

ЛИТЕРАТУРА

1. Гинсбург Г.Д., Иванов В.Л., Соловьев В.А. Нефтегазоносность Мирового океана. Л., 1984, с. 141-158.

2. Казанский Ю.П. Тр. Ин-та геол. и геофиз. Новосибирск: Наука, 1976, вып. 294. 272 с.

3. Макогон Ю.Ф. Гидраты природных газов. М.: Недра, 1974. 208 с.

4. Попов A.И. Мерзлотные явления в земной коре (криолитология). М.: Изд-во МГУ, 1967. 304 с.

5. Трофимук А.А., Черский Н.В., Царев В.П. Газогидраты - новые источники  углеводородов // Природа, 1979, № 1, с. 18-27.

6. Фролов В.Т. Генетическая типизация морских отложений. М.: Недра, 1984. 222 с.

7. Carpenter G. Coincident sediment slump/clathrate complexes on the U.S. Atlantic continental slope // Geo-Marine Letters, 1981, vol. 1, № 1, p. 29-32.

8. Hesse R., Harrison W. Gas hydrates (clathrates) causing pore-water freshening and oxygen isotope fractionation in deep-water sedimentary sections of terrigenous continental margins // Earth and Planet. Sci. Letters, 1981, vol. 55, № 3, p. 453-462.

9. Initial reports of the Deep Sea Drilling Project, 1982, vol. 66.

10. Initial reports of the Deep Sea Drilling Project, 1982, vol. 67.

11. Joides Journal. 1982, vol. 8, № 2.

12. McIver R.D. Role of Naturally Occurring Gas Hydrates in Sediment Transport // Bull. Amer. Assoc. Petrol. Geol., 1982, vol. 66, №6, p. 789-792.

13. On leg 76 Challenger drills at sites off East Coast. // Geotimes, 1981, vol. 26,№ 9, p. 23-25.

14. Stoll R.D., Bryan G.M. Physical properties of sediments containing gas hydrates // J. Geophys. Res., 1979, vol. 84, № B4, p. 1629-1634.