В 2009-2012 гг. в ходе работ по мониторингу состояния геологической среды дна восточной части Финского залива ВСЕГЕИ получены новые материалы о распространении пок-маков и геолого-геоморфологических условиях их формирования. Установлено широкое распространение пок-маков, имеющих, несмотря на морфологическое сходство, различный генезис. Появление пок-маков в областях аккумуляции алевропелитовых илов в центральной части исследованной площади обусловлено выходами современных биогенных газов, в Копорском заливе - предположительно разгрузкой подземных вод Вендского водоносного комплекса, хотя не исключена их связь с тектоническими нарушениями. Наличие разновозрастных генераций пок-маков указывает на пульсационный характер их возникновения.

Ключевые слова: пок-мак, газонасыщенные осадки, Финский залив.

Введение. Кратероподобные структуры, или пок-маки, формируются на поверхности дна, сложенного тонкозернистыми осадками морских и озерных бассейнов в результате субаквальных выходов флюидов, а именно, подземных вод или углеводородных газов [Gontz et al., 2002; Kelley et al., 1994; King et al., 1970]. В плане эти объекты имеют форму, стремящуюся к окружности или овалу, если она не деформировалась за счет оползания грунтов или воздействия придонных течений [Hovland & Judd, 1988; King et al., 1970; Rogers, 1999]. Диаметр таких структур может изменяться от первых до 1500 м при глубине котловины от долей метра до 150 м [Hovland & Judd, 1988; Pilcher & Argent, 2007].

Источники газов могут быть различными. В современных морских алевропелитовых осадках метан образуется при переработке органического вещества. Иногда в составе флюидов присутствует двуокись углерода, вероятно, образующаяся за счет биологического метаболизма и при анаэробном окислении метана [Gontz et al., 2002]. Газонасыщенные пористые современные морские отложения широко развиты на дне морей, на что указывает затухание акустического сигнала в приповерхностном геологическом разрезе [Fader et al., 1991; Martens et al., 1999; Shubel, 1974; Yuan et al., 1992].

В гляциальных шельфах, где отложения обеднены органическим веществом, появление пок-маков часто связывают с выходами глубинных термальных газов, мигрирующих к поверхности дна по тектоническим разломам [Chand et al., 2008; Dehls et al., 2000; Forwick et al., 2009; Plassen & Vorren, 2003; Soderberg & Floden, 1992]. Предполагаются как вертикальная диффузия газов, так и их латеральная миграция в области повышенной проницаемости.

Согласно различным гипотезам [Gontz et al., 2002; Hovland & Judd, 1988; Kelley et al., 1994], выбросы газа происходят либо при относительно постоянном или периодичном подтоке, либо эпизодически в результате воздействия катастрофических явлений, таких как землетрясение или аномальный шторм, приводящих к резкому перемещению осадков в виде оползней. К примеру, исследования, проведенные на шельфе Северной Калифорнии и в зал. Патрас (Греция), показали, что спусковым механизмом для выбросов газа послужили именно землетрясения [Field & Jennings, 1987; Hasiotis et al., 1996].

Существуют также теории образования морфологически сходных с пок-маками кратерообразных форм без участия газовых выбросов за счет воздействия льда или подтока грунтовых вод [Hammer & Webb, 2010; Hovland & Judd, 1988; Paull et al., 1999].

По литературным данным, в Балтийском море метановые кратеры выявлены в районах распространения газонасыщенных осадков и повышенных содержаний метана в придонной воде в пределах Гданьской, Арконской и Готландской впадин [Гедокян и Троцюк, 1990; Pimenov et al., 2010; Ulyanova et al., 2012]. В Гданьской впадине общая площадь зоны пок-маков составляет около 27  км² [Baltic Gas…, 2011]. Их размеры от 200-900 м по длинной оси до 150-200 м в ширину, глубина до 1-3 м. В польском секторе Гданьской впадины установлен единичный пок-мак длиной 3 км и шириной 400 м. В ряде случаев с помощью сейсмоакустического профилирования удалось выявить «действующие» пок-маки в зонах подводных газовых эманаций [Baltic Gas…, 2011]. В зал. Экенфорд (Балтийское море, Германия) причиной возникновения пок-маков, вероятно, являются выходы напорных подземных вод, а  не газовые выбросы [Whiticar, 2002]. В пределах Стокгольмского архипелага на дне, среди ледниково-озерных ленточных и морских голоценовых отложений обнаружены также многочисленные пок-маки диаметром от 1 до 35-40 м при глубине просадки до 3 м. По данным комплексных геолого-геофизических исследований [Soderberg & Floden, 1995], большая часть этих пок-маков образована на поверхности ледниково-озерных глин за счет просачивания глубинных термальных газов по разломам в кристаллических породах. В  то же время некоторые из пок-маков Стокгольмского архипелага связаны с  выходами современных биогенных газов, а часть сформировалась на участках подводного просачивания грунтовых вод [Soderberg & Floden, 1995].

Кратероподобные структуры диаметром до 150 м, которые, вероятнее всего, являются пок-маками, описаны в западной части Финского залива в экономической зоне Финляндии (устн. сообщ. А. Котилайнена и Г. Валлиуса). В российской части Финского залива в 1989-2000 гг. при проведении ВСЕГЕИ геологосъемочных работ методом непрерывного сейсмоакустического профилирования в рельефе и геологическом разрезе четвертичных отложений выявлено около 25 воронкообразных структур (рис. 1). Их горизонтальный размер не превышает 10-20, а глубина 1-2 м. Они приурочены к зонам устойчивого накопления голоценовых илов с высоким (более 5%) содержанием органического вещества. Наибольшая концентрация пок-маков отмечается на западе российской зоны залива, между островами Гогланд и Мощный. Толща литориновых и пост-литориновых отложений в центральных частях седиментационных бассейнов достигает мощности 10 м и более, что создает условия для накопления в осадке биогенных газов. Подобные газонасыщенные осадки опробованы грунтовыми трубками при проведении геологической съемки шельфа (ГСШ). Начиная с первых метров разреза, они характеризуются высокой степенью пористости, из-за чего керны немедленно растрескивались и разрушались после их извлечения из пробоотборников. Иногда отмечался и сильный запах сероводорода. Однако анализ профилей непрерывного сейсмоакустического профилирования указывает на возможную приуроченность скоплений газов в илах и к тектоническим разломам (рис. 1). В частности, это может объясняться тем, что в условиях интенсивной ледниковой и водно-ледниковой препарировки зон нарушений, секущих супракрустальные образования фундамента, избирательная денудация сопряженных линейных кор выветривания привела к образованию множественных переуглубленных понижений, впоследствии служивших седиментационными ловушками.

В 2009 г. при проведении экспедиционных работ ВНИИОкеангеологии на НИС «Ладога» пок-маки были обнаружены в северо-восточной части Копорского залива. Форма воронок в плане округлая, овальная, размеры от первых метров до первых десятков метров, относительная глубина от первых десятков сантиметров до первых метров [Иванова и др., 2011]. В 2010 г. В.В. Ивановой были организованы детальные геолого-геохимические исследования двух пок-маков Копорского залива: отобраны пробы придонной и поверхностной воды, донных отложений, бентосных гидробиологических сообществ, измерены температуры и рН придонной воды, в пробах воды и донных осадков определены концентрации макро- и микроэлементов, а также органических соединений [Иванова и др., 2011]. Было установлено, что придонные воды в районе исследованных пок-маков имели повышенную (+6,9 °С) по сравнению с фоновой (+3,2 °С) температуру, характеризовались высокие содержания биогенов, марганца и главных катионов и анионов (K⁺, Na⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, Cl^–, SO₄^2– и Br^–) при пониженном содержании железа. Донные отложения также отличались повышенными содержаниями практически всех микрокомпонентов и существенно железистым по сравнению с фоновым составом для алевропелитов района [Иванова и др., 2011]. Авторами было высказано предположение о фильтрации в районе пок-маков воды с солевым составом, отличающимся от морского, однако указывалось, что вопрос о происхождении самих пок-маков «остался невыясненным и требует дальнейших исследований». Кроме того, В.В. Иванова и соавторы [2011] ошибочно предполагали, что исследованные ими пок-маки Копорского залива располагаются в «районе с экзодинамической обстановкой преимущественного накопления осадков». По данным ГСШ-200 ВСЕГЕИ [Атлас…, 2010], морские голоценовые алевропелитовые илы здесь практически отсутствуют, и сейчас преобладают условия ненакопления или подводного размыва.

В 2009-2012 гг. в ходе проведения работ по мониторингу состояния геологической среды дна Финского залива ВСЕГЕИ получены новые материалы о распространении пок-маков и геолого-геоморфологических условиях их формирования.

В восточной части Финского залива известно значительное количество пок-маков. Их генезис и возраст, равно как и оценка интенсивности процессов, формирующих их, остаются дискуссионными. Решение этих проблем имеет значение для комплексной характеристики возможного воздействия газофлюидов, выходящих на поверхность дна, на состояние морской природной среды, для прогнозной оценки региона с точки зрения современной активности тектонических разрывных нарушений, для изучения происходящих диагенетических геохимических процессов в донных отложениях, а также для оценки рисков потенциальных геологических опасностей.

Методика исследований. В 2009 и 2011 гг. в восточной части Финского залива в ходе совместных рейсов ВСЕГЕИ, Геологической службы Финляндии и Института окружающей среды Финляндии (SYKE) с борта НИС «Аранда» было выполнено непрерывное сейсмоакустическое профилирование (НСП) высокого разрешения. Использовался акустический комплекс с пьезокерамическим излучателем (рабочая частота 12 кГц). Запись акустических данных производилась в цифровом виде на приборно-аппаратурный комплекс Meridata MD DSS sonar system.

В 2012 г. в Копорском заливе ВСЕГЕИ с борта НИС «Ладога» выполнено НСП (25 км) с использованием приборно-аппаратурного комплекса GEONT–HRP (ООО «Спектр-Геофизика»). Применялся высокочастотный источник - бумер с рабочими частотами 0,2-5 кГц. Тогда же было выполнено 30 км профилирования методом гидролокации бокового обзора (ГЛБО) с использованием комплекса CM2 (C-MAX Ltd.). В результате обработки профилей ГЛБО создана акустическая картина поверхности дна с привязкой в ГИС, что позволило проанализировать расположение пок-маков по отношению к формам донного рельефа и зонам развития различных типов донных отложений. Геофизическое профилирование сопровождалось промером глубин с использованием цифровых эхолотов «HydroBox™» (SYQWEST) и Furuno GP7000F с инструментальной погрешностью не выше 0,5% глубины.

По результатам анализа материалов геофизического профилирования были выбраны две станции, на которых выполнен пробоотбор поверхностных осадков с помощью ковша-дночерпателя грейферного типа и герметичной грунтовой трубки (ГГТ) конструкции Лаури-Ниемисто. Верхняя часть геологического разреза была вскрыта ударной прямоточной трубкой (длина керна до 2,5 м). На каждой станции отбирались две длинные колонки, одна обрабатывалась на борту судна, другая транспортировалась в лабораторию ВСЕГЕИ для дальнего анализа. Пробы придонной воды были отобраны с использованием ГГТ, концентрации макро- и микроэлементов определялись на масс-спектрометре ELAN 6100 DRC с индуктивно-связанной плазмой (ICP-MS) в Центральной химической лаборатории ВСЕГЕИ.

Содержание метана в донных осадках измерено методом фазоворавновесной дегазации в Институте микробиологии им. С.Н. Виноградского РАН [Egorov & Ivanov, 1998]. Пробы воды помещали в пенициллиновые флаконы объемом 30 мл с фиксатором (КОН) для подавления микробных процессов. Затем дозатором выдавливали одинаковый объем воды и немедленно плотно закрывали пробкой из газонепроницаемой бутиловой резины. Пробы из осадков отбирали двухмиллиметровым пластиковым шприцем с обрезанным концом и помещали в пенициллиновый флакон, наполняли доверху дегазированной водой и, выдавив стандартный объем воды, закрывали пробкой из бутиловой резины. Содержание метана в газовой фазе определяли на газовом хроматографе с пламенно-ионизационным детектором «Кристалл 2000».

Обсуждение результатов. Полученные данные показали, что большая часть пок-маков, выявленных по НСП, сопряжено со слоями верхнеголоценовых морских алевропелитовых газонасыщенных илов. Образование в осадках значительных количеств восстановленных газов - метана и сероводорода определяется активностью современных процессов трансформации органического вещества микробным сообществом [Пименов и др., 2012]. По результатам определения в 2012 г. содержаний углеводородных газов в современных приповерхностных донных газонасыщенных осадках концентрация метана может достигать 23 549,60  Сppm. В районах распространения газонасыщенных осадков отмечается и заметное увеличение концентраций метана в придонных водах [Пименов и др., 2012]. На сейсмограммах довольно четко прослеживается связь «подводящих каналов» рассматриваемого типа пок-маков со скоплениями газа в нижних слоях толщ голоценовых илов (рис. 2). На сейсмограммах такие скопления газов прослеживаются по рассыпанию акустического сигнала и потере корреляции.

В ряде случаев удается проследить во времени развитие пок-маков, установленных в голоценовых алевропелитовых илах. При геологической съемке в 1991 г. в районе о. Гогланд (субмеридиональный геолокационный профиль 52) зафиксировано скопление газа в толще донных осадков. Верхние 3-4 м морских голоценовых илов представляли собой ненарушенную слоистую толщу (рис. 3). В 2011 г. то же место было обследовано вновь. Вкрест предыдущему разрезу был пройден субширотный профиль 047-048, выявивший «прорыв» газа на поверхности дна, из-за чего толща вмещающих осадков «просела» на глубину около 4 м и сформировалась кольцеобразная структура диаметром около 5 м (рис. 4).

Достаточно очевидно, что образование пок-маков данного типа в восточной части Финского залива связано с подводными выходами газов. Природа этих газов весьма спорна, так как специализированных исследований в российской части Финского залива не проводилось. Можно предложить две основные гипотезы источников газовых эманаций: переработка органического вещества, накопившегося в голоценовых илах за последние 10 тыс. лет, или субаквальная разгрузка газов по тектоническим нарушениям (глубинным разломам). Ответ могут дать дальнейшие специализированные исследования, включающие как геофизические (гидролокация бокового обзора, НСП, многолучевое эхолотирование), так и гидрохимические и геохимические методы (специализированный пробоотбор, определение содержания метана и гомологов в придонных водах и донных отложениях, изотопные методы).

Отметим как дополнительный известный мощный газогенерирующий источник возможные останцы морских микулинских отложений с очень высоким содержанием битуминозного органического вещества. Предполагается, что они имели сплошное распространение в пределах Финского залива, Ладожского озера и Приневской низменности, но были уничтожены денудацией в ходе последнего оледенения, сохранившись в виде останцов [Малаховский и Амантов, 1991]. Хотя они не вскрыты пробоотбором в пределах Финского залива, данные НСП свидетельствуют в пользу их возможного редкого сохранения в некоторых погребенных врезах, западинах и участках более контрастного доледникового рельефа в зонах теоретического ослабления ледниковой и флювиогляциальной деструкции [Amantov et al., 2011].

Второй тип подводных структур, морфологически сходных с пок-маками, установлен в восточной части Финского залива в областях отсутствия мощных толщ голоценовых илов.

В районе Выборгского залива при выполнении поисково-разведочных работ на железомарганцевые конкреции ОАО «Петротранс» на поверхности дна обнаружены округлые и овальные формы донного рельефа диаметром до 10-18 м. В 2007-2009 гг. они закартированы ВСЕГЕИ методом ГЛБО (рис. 5). Данные пок-маки хорошо прослеживаются на сонограммах по довольно контрастной смене интенсивности отражения акустического сигнала. В рельефе дна они выражены очень слабо, что позволяет предположить, что такая контрастность связана с концентрической изменчивостью, например, физико-механических свойств осадков. Впрочем, и это утверждение пока бездоказательно. В 2011 г. здесь же была проведена съемка многолучевым эхолотом, которая показала, что, кроме выявленных ранее четырех пок-маков, других подобных образований в районе нет. Повторные съемки методом ГЛБО показали, что эти формы весьма стабильны во времени.

В отличие от пок-маков первого типа данные образования располагаются по периферии зон современной алевропелитовой аккумуляции, где мощность морских голоценовых илов незначительна (до 15-20 см). Они подстилаются глинистыми осадками Анцилового озера и Балтийского ледникового озера с низким содержанием органического вещества и метана, а микробная активность в них невелика [Пименов и др., 2012]. Маловероятно, чтобы пок-маки, установленные в Выборгском заливе, могли быть связаны с современным газопроявлением. Не получило подтверждения и предположение о возможности формирования этих структур за счет разгрузки грунтовых вод, так как в поровых водах поверхностных осадков, отобранных в пределах этих пок-маков, не обнаружено признаков распреснения, типичных для зон высачивания пресных грунтовых вод [Пименов и др., 2012].

Наибольшая плотность пок-маков установлена в восточной части Копорского залива [Информационный…, 2009]. Как показало профилирование ГЛБО (ВСЕГЕИ, 2012 г.), на небольшой площади (около 7 км²) выявлено более 70 пок-маков. В ряде случаев удалось установить зоны «скопления» пок-маков различных генераций (рис. 6).

Учитывая высокую активность проявления пок-маков в Копорском заливе, несколько подробнее остановимся на геологическом строении этой площади. Дочетвертичные образования дна залива представлены породами чехла, перекрывающего пенепленизированную кровлю протерозойского фундамента, которая полого погружается в юг-юго-восточном направлении. Осадочный чехол, выклинивающийся в северном направлении за счет вторичного денудационного срезания, повсеместно представлен отложениями валдайской серии верхнего венда, залегающими полого, моноклинально со слабым падением к югу. В региональной шкале этой серии соответствуют редкинский и котлинский горизонты. Местные стратоны редкинского горизонта - старорусская свита, котлинского горизонта - василеостровская и воронковская свиты (рис. 1, 7).

Старорусская свита редкинского горизонта (V₂sr) представлена миктитами, песчаниками, аргиллитами и аргиллитоподобными глинами, алевролитами общей мощностью не более 45 м, залегающими на корах выветривания фундамента. Более молодая василеостровская свита котлинского горизонта делится на нижнюю (песчаную) и верхнюю (глинистую) подсвиты. Нижняя часть василеостровской свиты (нижняя подсвита - V₂vs₂¹) обособляется в качестве гдовских слоев с преобладанием субаркозовых песчаников и алевролитов сероватого и красно-бурого цветов. В  разрезе обычно присутствуют миктиты, реже гравелиты, в верхней части встречаются прослои аргиллитоподобных глин. Гдовские слои залегают на отложениях старорусской свиты. Мощность гдовских слоев 30-50 м. Верхняя подсвита представлена толщей серовато-голубых гидрослюдистых глин с подчиненными алевритовыми прослоями. Василеостровские глины практически повсеместно перекрыты четвертичными осадками [Атлас…, 2010].

Собственно поле пок-маков располагается в пределах широтной зоны малоамплитудных разломов и разрывов (рис. 7), отчетливо проявленной в вендском чехле. На стыке этой зоны и субширотно-северо-западной готской зоны, контролирующей контур самой губы и глубокой погребенной туннельной долины (хотя и опосредованно через денудацию, практически без вертикальных смещений), может существовать область повышенной трещиноватости.

От осевой части залива в юго-восточном направлении в непосредственной близости к полю распространения пок-маков тянется вышеупомянутая палеодолина, в  бортах которой последовательно обнажаются породы верхней подсвиты василеостровской свиты, нижней подсвиты (гдовские слои) котлинского горизонта и (на дне палеовреза) старорусской свиты котлинского горизонта венда. С более песчаными слоями связан мощный вендский водоносный комплекс, приобретающий мощный глинистый водоупор вблизи зоны развития пок-маков. На склонах палеодолины, врезанной до отметок -75, -80 (а в нескольких километрах северо-западнее до -110 м) может происходить подводная разгрузка подземных вод. Воды комплекса трещинно-пластовые, напорные, хлоридные натриевые, и степень минерализации последовательно увеличивается от 3 до 35 г/л и более. Воды вендского комплекса характеризуются высокими концентрациями хлора и брома [Гидрогеология…, 1967; 1968; Коротков, 1982]. Заметим также, что мощный северо-западный врез не единичен, в районе пок-маков западнее также выявлены элементы «горбатых» переуглубленных туннельных долин по крайней мере двух генераций. Известно, что в пределах таких долин могут быть развиты гидравлически сопряженные с вендским комплексом гидрокарбонатные межморенные водоносные горизонты с существенно повышенным содержанием железа, реже марганца.

Четвертичные отложения на рассматриваемом участке дна Копорского залива представлены мореной лужской стадии валдайского оледенения, а также неоверхнеплейстоценовыми ленточными глинами и глинами Балтийского ледникового озера. Мощность голоценовых осадков непосредственно в районе развития поля пок-маков не превышает первых десятков сантиметров (рис. 8, 9). Ледниковые отложения выходят на поверхность дна у прибрежных мелководий (как правило, на глубинах менее 5 м) и поверхности подводных поднятий, одно из которых расположено непосредственно в пределах исследованного поля пок-маков. Морена представлена несортированными отложениями, в гранулометрическом составе которых присутствует весь спектр частиц - от глинистых до валунных. На поверхности дна в зоне волнового воздействия ледниковые отложения перекрыты бронирующим чехлом грубообломочных осадков (валуны, галька, гравий).

На разрезах НСП между мореной и слоистыми ледниково-озерными отложениями выделяется однородная толща предположительно песчаных флювиогляциальных отложений (рис. 10). Выше них залегает толща слоистых отложений, которые, судя по характеру акустической картины, относятся к ледниково-озерным. На поверхности дна они перекрыты лишь маломощным слоем покровных песков (рис. 10), что вполне согласуется с данными, полученными при проведении ГСШ-200, когда в этом районе практически на всех станциях пробоотбора были вскрыты ледниково-озерные отложения (рис. 9).

В основании разреза ледниково-озерной толщи залегают ленточные глины, соотносимые с отложениями местных приледниковых озер. Они обладают высокой фациальной изменчивостью как по латерали, так и по вертикали - от тонкослоистых осадков до песчаных глин с гравием и галькой. В преобладающем числе колонок, отобранных в этом районе при проведении ГСШ-200, они представляют собой ленточное переслаивание глин и песчано-глинистых алевритов. Мощность глинистых слойков в 2-5  раз превышает мощность алевритовых (4-10 и 1-2 мм). Мощность слойков обычно возрастает вниз по интервалу, в  этом же направлении увеличивается и общая песчанистость осадков. В  нижней части разреза нередко фиксируются песчаные прослои, а  также скопления песка неправильной формы иногда с гравием кристаллических пород и катунами сухих серых алевритов. Гранулометрические анализы описываемых осадков показывают, что тонкие ритмиты ленточной слоистости сложены глинами (медиана от 0,0008 до 0,004 мм), грубые - алевритом. Содержание глинистой фракции составляет в среднем около 50 или чуть более, алевритовой от 10 до 30, песчаной не выше 20%. Породообразующие минералы легкой фракции представлены кварцем 75–89, полевым шпатом 10-20, обломками пород до 3%. Состав глинистых минералов: иллит 60-80, хлорит 9-15, каолинит 10-20%.

Наиболее тонкозернистые отложения четвертичного разреза времени максимального развития Балтийского ледникового озера (БЛО) представлены глинами и алевроглинами (Md  = 0,0005-0,005 мм) с содержанием частиц менее 0,01 мм – 80-95, а менее 0,001 - 40-60%. Характерно увеличение вверх по разрезу содержания глинистой фракции, сопровождаемое уменьшением количества песчаных частиц медианного размера. Глинистые минералы представлены иллитом 70-85, каолинитом 5-20, хлоритом 7-15%. Легкая фракция песчаной размерности состоит из кварца 70-85, полевых шпатов 15-30 и обломков пород до 6%. Выход тяжелых минералов в алевропесчаной фракции в среднем 0,8-1,2, в отдельных пробах до 3-20%. Увеличение содержания тяжелой фракции связано с ростом количества аутигенных минералов, главным остается барит. Суммарная мощность ледниково-озерных отложений может достигать 10 м, однако в зоне распространения пок-маков их мощность не превышает первых метров (рис. 10). Физико-механические свойства ледниковых и озерно-ледниковых отложений приведены в табл. 1.

Результаты пробоотбора 2012 г. показали, что, как и было установлено ранее, в  районе развития пок-маков на поверхности дна отсутствует слой морских литориновых и постлиториновых голоценовых илов. Донные поверхностные осадки мощностью 10-20 см представлены песками и алевритами (табл. 2), сформировавшимися на эрозионной поверхности верхненеоплейстоценовых ледниково-озерных отложений. Пески, как правило, плохо сортированы, включают зерна гравийно-галечной размерности. На ряде станций, по данным пробоотбора, отмечены дисковидные железомарганцевые конкреции диаметром до 3-5 см, а также грубообломочный материал, покрытый корками железомарганцевых окислов.

Распределение пок-маков по площади. Анализ распределения пок-маков по площади полигона исследования (рис. 11, врезка 1), показывает, что основанная масса кратеров локализована по периферии подводного поднятия округлой формы, сложенного, по данным НСП, ледниковыми отложениями (рис. 8), а также в юго-восточной части, где практически на поверхность дна выходят ледниково-озерные отложения (рис. 11, врезка 2).

Выявлены некоторые детали строения, а также существующие различия в морфологии пок-маков, проведена их предварительная классификация или ранжирование по возрасту. Достаточно определенно выделились молодые (возможно, действующие) формы, а также пок-маки двух более ранних генераций. Молодые (действующие) формы имеют ограниченный внешний отвал, близкий к окружности или овалу. У них же существует оформленный кратер в виде микроконуса, иногда совмещенный с фрагментами эксплозивной брекчии в виде глинистых или алевритовых микроблоков.

В составе более ранних генераций пок-маков выделяются т. н. зрелые формы. Главной их отличительной чертой служит отсутствие четко выраженного кратера. К реликтовым формам пок-маков относятся образования различных очертаний без четко ограниченных морфологических элементов (кальдеры, валы). В ряде случаев классификация нарушается вследствие наложения или непосредственного совмещения пок-маков разного возраста.

Исследование газовой составляющей в пробах осадков. Станция 12-ГС-1 располагалась в районе локализации одиночного кратера, станция 12-ГС-2  - в зоне скопления кратерообразных структур на глубине около 26 м. По литологическому описанию (табл. 2) отобранные осадки сходны.

Содержание метана в осадках станций ГС-1 и 12-ГС-2 было достаточно низким и не превышало 0,2  мл/дм³ влажного осадка. Вместе с тем на ст. 12-ГС-2, расположенной в зоне скопления кратеров, концентрация метана в осадках была почти на порядок выше, чем на ст. 12-ГС-1 (рис. 12). Следует отметить, что максимальные концентрации СН4 на ст. 12-ГС-2 наблюдались на горизонте 25-100 см, а затем содержание этого газа по разрезу колонки заметно снижалось. Таким образом, данные содержания метана в исследованных осадках исключают предположение об образовании кратерообразных структур в результате разгрузки газов, накопившихся в голоценовых илах.

Более высокое содержание метана в осадках ст. 12-ГС-2 может объясняться более активными процессами его микробного образования. Однако это предположение представляется маловероятным, поскольку никаких признаков повышения активности микробиологических процессов в зоне скопления кратеров (ст. 12-ГС-2) нами обнаружено не было. Крайне низкое содержание органического вещества, отсутствие заметного снижения сульфат-ионов в поровых водах по длине колонки, нулевые значения интенсивностей микробных процессов сульфатредукции и метаногенеза, измеренных радиоизотопным методом, указывают на слабое протекание диагенетических процессов в исследованных осадках. Наиболее вероятно, что повышенное содержание метана в осадках ст. 12-ГС-2 может быть следствием близости отобранной колонки к зоне современной разгрузки подземных вод вендского комплекса.

Гидрохимические исследования. На станциях 12-ГС-1 и 12-ГС-2 были также отобраны пробы придонной воды. Установлено, что эти воды в районе расположения пок-маков характеризуются высокими содержаниями ряда микро- и макрокомпонентов. Концентрации таких макрокомпонентов, как K, Na, Mg, Ca, Li, на порядок и более превосходят их фоновые значения для района (табл. 3). Значительно повышены по отношению к фону и концентрации таких элементов, как Cr, Ni, As, Se. Отмечен явный дефицит Pb, La, Cd. Концентрации Cl, Mn и Fe близки к фоновым. Заметного различия в концентрациях основных химических элементов между станциями опробования не выявлено.

Недостаточное количество отобранных проб не позволяет провести статистическую обработку данных и сопоставить полученные результаты с литературными данными по известным в регионе водоносным горизонтам. Но учитывая высокие концентрации K, Na, Mg, Ca и близкие к фоновым концентрации Cl и Fe, можно с определённой вероятностью предположить, что в данном случае имеет место разгрузка пресных вод северной части вендского водоносного комплекса, характеризующегося гидрокарбонатными натриевыми, кальциево-магниевыми водами.

Выводы. Пок-маки широко распространены в восточной части Финского залива, что указывает на периодическую активную миграцию газофлюидов из геологического разреза к поверхности морского дна и в водную толщу. Существенные различия в геологическом строении морского дна на участках проявления пок-маков указывают на то, что эти формы могут иметь разное происхождение, в том числе и связанное с миграцией глубинных флюидов по разрывным нарушениям. Образование пок-маков, установленных в центральной части залива в районах устойчивого накопления алевро-пелитовых илов, по-видимому, обусловлено формированием газонасыщенных осадков за счет активности современных процессов трансформации органического вещества микробным сообществом, результатом жизнедеятельности которого является образование значительных количеств восстановленных газов - метана и сероводорода. В  северо-восточной части Копорского залива, судя по полученным данным, отсутствует связь образования пок-маков с выходами биогенных газов, так как на этом участке развиты ледниковые и водно-ледниковые отложения, крайне обедненные органическим веществом. Можно предполагать, что определенная часть пок-маков в северо-восточной части Копорского залива обусловлена разгрузкой подземных вод Вендского водоносного комплекса. Обращает на себя внимание пространственная близость или совмещение поля пок-маков с разрывными нарушениями субширотного простирания и оперяющими их зонами трещиноватости, что может способствовать выходу флюидов (газов) глубинного происхождения.

Совмещение в одном районе глубинного разлома, зон трещиноватостей и водоносных горизонтов создает предпосылки для образования пок-маков, возникающих за счет разгрузки подземных вод, либо подводных выходов газов и вод глубинного происхождения, либо комплекса этих факторов. Наличие разновозрастных генераций пок-маков с выделением молодых, зрелых и реликтовых разностей указывает на пульсационный характер их возникновения, что может быть индикатором активизации глубинных тектонических процессов.

Авторы выражают благодарность сотрудникам ВСЕГЕИ Л.М. Буданову, А.Ю. Сергееву, Б.В. Степанову за помощь в обработке экспедиционного материала, а также капитану НИС «Ладога» В.А. Снетко. Работа частично выполнена при финансовой поддержке проектов РФФИ-11-05-01093-а и TOPCONS по программе ENPI.

ЛИТЕРАТУРА

1. Атлас геологических и эколого-геологических карт Российского сектора Балтийского моря / Гл. ред. О.В. Петров. СПб.: ВСЕГЕИ, 2010. 78  с.

2. Геодекян А.А., Троцюк В.Я. Газовые кратеры на дне Балтики - индикаторы процессов миграции углеводородов из недр // Геоакустические и газо-литогеохимические исследования в Балтийском море. Геологические особенности разгрузки флюидных потоков / Под ред. А.А. Геодекяна, В.Я. Троцюка, А.И. Блажчишина. М.: ИО АН СССР, 1990. С. 6-11.

3. Гидрогеология СССР. Ленинградская, Псковская, Новгородская области. М.: Мингео РСФСР, 1967. Т. 3. Ч. 1. 328  с.

4. Гидрогеология СССР. Ленинградская, Псковская, Новгородская области. М.: Мингео РСФСР, 1968. Т. 3. Ч. 2. 63 с.

5. Иванова В.В., Кириевская Д.В., Болотов А.Е. Геохимическая характеристика донных отложений в зоне покмарков в восточной части Финского залива // Балтийский регион. Калининград: Изд-во РГУ им. И. Канта, 2011. 1  (7). С. 78-89.

6. Информационный бюллетень № 11. Состояние геологической среды прибрежно-шельфовой зоны Баренцева, Белого и Балтийского морей. СПб.: ФГУНПП «Севморгео», 2009. 34 с.

7. Коротков А.И. Среднерусский артезианский бассейн: Учебное пособие. Л.: Изд-во ЛГИ им. Плеханова, 1982. 61 с.

8. Малаховский Д.Б., Амантов A.B. Геолого-геоморфологические аномалии на севере Европы // Геоморфология. 1991. № 1. С. 85-95.

9. Пименов Н.В., Канапацкий Т.А., Сигалевич П.А. и  др. Сульфатредукция, образование и окисление метана в голоценовых осадках Выборгского залива Балтийского моря // Микробиология. 2012. Т. 81. № 1. С. 84-95.

10. Amantov A., Fjeldskaar W., Cathles L.M. Glacial erosion of the Baltic Sea region, and the effect on the post-glacial uplift / J. Harff, S. Björck, P. Hoth (eds) // The Baltic Sea Basin. Springer. 2011. P. 53-75.

11. Baltic Gas. Final scientific report / Eds: B.B. Jørgensen, H. Fossing. 2011. 67  p. (http://www.bonusportal.org/files/1597/BALTIC_GAS_FINAL_REPORT.pdf).

12. Chand S., Mienert J., Andreassen K., Knies J., Plassen L., Fotland B. Gas hydrate stability zone modeling in areas of salt tectonics and pockmarks of the Barents Sea suggest an active hydrocarbon venting system // Marine and Petroleum Geology. 2008. Vol. 25. P. 625-636.

13. Dehls J.F., Olesen O., Olsen L., Blikra L.H. Neotectonic faulting in northern Norway; the Stuoragurra and Nordmannvikdalen postglacial faults // Quaternary Science Reviews. 2000. Vol. 19. P. 1447-1460.

14. Egorov A.V., Ivanov M.K. Hydrocarbon gases in sediments and mud breccias from the central and eastern part of the Mediterranean Ridge // Geo-Marine Letters. 1998. Vol. 18. P. 127-138.

15. Fader G.B.J. Gas-related sedimentary features from the eastern Canadian continental shelf // Continental Shelf Research. 1991. Vol. 11. N  8-10. P. 1123-1153.

16. Field M., Jennings A.E. Seafloor gas seeps triggered by a northern California earthquake // Marine Geology. 1987. Vol. 77. P. 39-51.

17. Forwick M., Baeten N.J., Vorren T.O. Pockmarks in Spitsbergen fjords // Norwegian J. of Geol. 2009. Vol. 89. P. 65-77.

18. Gontz A.M., Belknap D.F., Kelley J.T. Seafloor features and characteristics of the Black Kedges Area, Penobscot Bay, Maine, USA // J. Coast Res. 2002. Vol. 36. P. 333-339.

19. Hammer O., Webb K.E. Piston coring of Inner Oslofjord Pockmarks, Norway: constraints on age and mechanism // Norwegian J. of Geol. 2010. Vol. 90. P. 79-91.

20. Hasiotis T., Papatheodorou G., Kastanos N., Ferentinos G. A pockmark field in the Patras Gulf (Greece) and its activation during the 14/7/93 seismic event // Marine Geology. 1996. Vol. 130. P. 333-344.

21. Hovland M., Judd A. Seabed pockmarks and seepages: impact on geology, biology and the marine environment. London: Graham & Trotman, 1988. 293 p.

22. Kelley J.T., Dickson S.M., Belknap D.F. et al. Giant sea-bed pockmarks: evidence for gas escape from Belfast Bay, Maine //  Geology. 1994. Vol. 22. P. 59-62.

23. King L.H., McLean B. Pockmarks on the Scotian Shelf // Geol. Soc. of Amer. Bull. 1970. Vol. 81. P. 3141-3148.

24. Martens C.S., Albert D.B., Alperin M.J. Stable isotope tracing of anaerobic methane oxidation in the gassy sediments of Eckenforde Bay, German Baltic Sea // Amer. J. of Sci. 1999. Vol. 299. P. 589-610.

25. Paull C.K., Ussler W.III, Borowski W.S. Freshwater ice rafting: an additional mechanism for the formation of some high-latitude submarine pockmarks // Geo-Marine Letters. 1999. Vol. 19. P. 164-168.

26. Pilcher R., Argent J. Mega-pockmarks and linear pockmark trains on the West African continental margin // Marine Geology. 2007. Vol. 244. P. 15-32.

27. Pimenov N.V., Ulyanova M.O., Kanapatsky T.A. et al. Microbially mediated methane and sulfur cycling in pockmark sediments of the Gdansk Basin, Baltic Sea // Geo-Marine Letters. 2010. Vol. 30 (3-4). P. 439-448.

28. Plassen L., Vorren T.O. Fluid flow features in fjord-fill deposits, Ullsfjorden, North Norway // Norwegian J. of Geol. 2003. Vol. 83. P. 37-42.

29. Rogers  J.N. Mapping of subaqueous, gas-related pockmarks in Belfast Bay, Maine using GIS and remote sensing techniques: Master’s thesis. University of Maine, Orono, Maine, 1999. 139 p.

30. Schubel J.R. Gas bubbles and the acoustically impenetrable, or turbid, character of some estuarine sediments // Natural Gases in Marine Sediments. New York: Plenum Press, 1974. P. 275-298.

31. Soderberg  P., Floden  T. Gas seepages, gas eruptions and degassing structures in the seafloor along the Stromrna tectonic lineament in the crystalline Stockholm Archipelago, east Sweden // Continental Shelf Research. 1992. Vol. 12. N  10. P. 1157-1171.

32. Soderberg  P., Floden  T. Stratabound submarine terraces and pockmarks  – indicators of spring sapping in glacial clay, Stockholm Archipelago, Sweden // Proceedings of the Fourth Marine Geol. Conf. “The Baltic” 24-27  October 1995, Uppsala, Sweden / I. Cato, F. Klingberg (eds.), 1997. SGU series Ca 86. P. 173-178.

33. Ulyanova  M., Sivkov  V., Kanapatskij  T. et  al. Methane fluxes in the southeastern Baltic Sea // Geo-Marine Letters. 2012. Vol. 32  (5-6). P. 535-544.

34. Whiticar  M.J. Diagenetic relationships of methanogenesis, nutrients, acoustic turbidity, pockmarks and freshwater seepages in Eckernförde Bay // Marine Geology. 2002. Vol. 82, 1-2. P. 29-53.

35. Yuan  F., Bennell  J.D., Davis  A.M. Acoustic and physical characteristics of gassy sediments in the western Irish Sea // Continental Shelf Research. 1992. Vol. 12. N  10. P. 1121-1134.

V.A. Zhamoyda, D.V. Ryabchuk, M.A. Spiridonov, A.G. Grigoriev, N.V. Pimenov, A.V. Amantov, Yu.P. Kropachev, I.A. Neevin

In 2009-2012 new data concerning distribution of pock-marks in the eastern Gulf of Finland as well as geological and geomorphologic conditions of their formation were gathered within the monitoring of geological environments. Pock-marks of the different genesis are widespread in the gulf bottom. The pock-marks discovered within the areas of silty-clayey sedimentation in the central part of the gulf were formed as a result of biogenic gas-seepage. In the Kopora Bay pock-marks were probably formed as a result of groundwater discharge from the Vendian aquifer system, although it is possible to find some spatial correlation with tectonic faults distribution. The presence of pock-marks of several generations indicates pulsating nature of their occurrence.

Keywords: pock-mark, gas-bearing sediments, Gulf of Finland

Ссылка на статью:

Жамойда В.А., Рябчук Д.В., Спиридонов М.А., Григорьев А.Г., Пименов Н.В., Амантов А.В., Кропачев Ю.П., Неевин И.А. Геолого-геоморфологические условия формирования пок-маков в восточной части Финского залива // Региональная геология и металлогения. 2013. № 54. С. 25-37.