CC BY
72
УДК 553.982.061.33
© В.А.Краюшкин, 2008
Институт геологических наук НАН Украины, Киев
НЕБИОГЕННАЯ НЕФТЕГАЗОНОСНОСТЬ СОВРЕМЕННЫХ ЦЕНТРОВ СПРЕДИНГА ДНА МИРОВОГО ОКЕАНА
Согласно современной российско-украинской теории глубинного, небиотического происхождения нефти и природного газа, они образуются из неорганических веществ в мантии Земли и мигрируют в земную кору вследствие дегазации подкоровой области, что лучше всего можно видеть в современных центрах-осях спрединга дна Мирового океана. Здесь горячие донные гидротермы, исходящие прямо из базальтов, габбро, гарцбургитов, дунитов, перидотитов и серпентинитов, являются нефтегазоносными и вдоль Восточно-Тихоокеанского поднятия ежегодно выносят 1,3-109м3 водорода, 16-107 м3 метана, а также 3Не.
Глобальная дегазация Земли снабжала и снабжает геофлюидами атмосферу, гидросферу и литосферу, обусловливая в двух последних возникновение и накопление многих полезных ископаемых, что лучше всего видно в современных центрах спрединга дна Мирового океана.
Глобальная система этих центров, или осей характеризуется шириной от сотен до тысяч километров и длиной около 55 тыс. км. На 99 % этой длины обнажаются изверженные породы мантии или производные мантийных магм — базальты, габбро, гарцбургиты, долериты, дуниты, перидотиты и серпентиниты. На остальной же ее части, равной 1 % длины, они перекрыты донными осадками максимальной толщиной не более 450-500 м. Гидротермальная деятельность, сопряженная с газонефтерудо-генезом, наблюдается вдоль упомянутой глобальной дизъюнктивной системы примерно через каждые 10 км независимо от скорости спрединга дна океана. В виде ключей здесь интенсивно разгружаются поддонные конвекционные гидротермальные системы, фонтанируя горячими (90-635°С и выше) газированными рассолами со скоростью от 0,1-0,2 до 1-2 м/с из белых и черных “курильщиков”. Соленость гидротермальных рассолов — в интервале от 2,1 до 62,5 %-эквивалента ЫаС1. Глубина океана над донными выходами гидротерм, как правило, более 2000 м, и гидротермы фонтанируют с упомянутыми скоростями при противодавлении на их устьях более 20 МПа. Время жизни одной гидротермы — 10-102 лет, а гидротермального поля — 103-106 лет [25, 27, 31].
Активная гидротермальная деятельность здесь изучалась учеными разных стран в экспедициях на научно-исследовательских судах (НИС) “Академик Борис Петров”, “Академик Николай Страхов”, “Академик Мстислав Келдыш”, “Атлантис-2”, “Жан Шарко”, “Зонне”, “Надир”, “Океанограф” и других, подводными лодками “Алвин”, “Мир”, “Нотиль”, “Фара-
нот”, “Флорес” и роботами (подводными буксируемыми аппаратами), способными телеавтоматически освещать лучами яркого света дно океана и его объекты, получать и передавать на борт НИС фото- и телеизображения, отбирать образцы донных осадков и горных пород, пробы морской воды и гидротермальных флюидов, измерять температуру, давление и т.д. Установлено, что подводно-донные гидротермальные ключи — это обычное явление в центрах-осях спрединга морского и океанского дна. Они активно деятельны в трещинно-разломных зонах (ТРЗ) Бланко, Восточнотихоокеанской, Галапагосской, Горда, глубоководного эскарпа Флориды, Калифорнийского залива, Костариканской, Красноморской, Лау, Марианской, Мендосино, Северофиджийской, Срединноатлантической, Срединноиндоокеанской, Тонга-Кермадекской, Хуан-де-Фука, Эсканаба и в других геоди-намических условиях. К настоящему времени изучено более 100 активных подводно-донных гидротермальных полей, чьи горячие флюиды ассоциируются с магматизмом и конвективной циркуляцией под дном океанов (рис. 1).
Метан, водород и сероводород выявлены в горячих ключах гидротермальных полей “Раковинный Слой”, “Восточный Рай” и “Розарий” на Галапагосском рифте у 86о з.д. и “Океанский Донный Сейсмограф”, “Висячие Сады” и “Югозападное” на Восточнотихоокеанском поднятии (ВТП) возле 21о с.ш. [17]. В гигантской же ТРЗ Лау, где донные геотермы выделяют метан, п/л “Алвин” отобрала образцы каменного угля и природной жидкой нефти из изверженных горных пород, обнаженных на дне Тихого океана между черными “курильщиками” [28]. У южного конца подводного хребта Горда, являющегося осью современного спрединга длиной около 300 км в северо-восточной части Тихого океана и почти перпендикулярно сочленяющегося на севере с гигантской ТРЗ Бланко, а на юге — с не менее гигантской ТРЗ Мендосино, располагается трог Эсканаба. Он имеет вид осевой рифтовой долины в океане глубиной 3200 м (скорость раздвигания 2,3 см/год), окаймлен на бортах хребтами высотой 1200-1700 м и содержит группу выявленных сейсморазведкой вулканических центров, расположенных в 15-20 км друг от друга и образующих широкие (3-6 км) жерла, которые идут вверх из вулканического океанического фундамента, прорывают и иногда сводообразно приподнимают осадочный чехол. Последний развит лишь на участке между 41 15 с.ш. и ТРЗ Мендосино, сложен только четвертичными турбидитами толщиной до 450 м и характеризуется наличием промышленного размера залежи гидротермальной нефти. Будучи асфальтового основания, она цементирует донные осадки и залежи полиметаллических сульфидных руд, окаймляющие оси прибортовых рифтогенных хребтов. Типичными в этой нефти являются фракции ароматических и алифатических углеводородов (УВ). Последние представлены алка-нами от н-С14 до н-С40 с преобладанием нечетных чисел атомов углерода для УВ выше н-С25, а четных — ниже н-С25 [19, 21, 29].
Наиболее сенсационными до сих пор кажутся связанные с ВТП истечения нефти из донных гидротерм в бассейне Гуаймас (Калифорнийский залив). В нем имеется зона из 14 ныне активных центров-осей спрединга Та-
ISSN 1999-7566 Геология и полезные ископаемые Мирового океана
Рис. 1. Местонахождение изученных донных гидротермальных полей Мирового океана [27]
1 — активное гидротермальное иоле, 2 — офиолит, 3 — ось (центр) современного спрединга дна океана, 4 — океанический желоб, 5 — транс формный разлом, 6 — другие региональные трещинно-разломные зоны
Небиогенная нефтегазоносность современных центров спрединга дна Мирового океана
майо и трансформных разломов, простирающаяся от ВТП до зоны разлома Сан-Андреас, и промышленного размера залежи гидротермальной нефти в донных буграх массивной руды полиметаллических сульфидов, где нефть на глубине 2000 м и более выносится из жерл черных “курильщиков”, фонтанирующих газонефтерудоносными рассолами температурой до 300-430оС. Здесь, в Северной и Южной рифтовых долинах, отделенных друг от друга зоной трансформного сброса шириной 20 км, выявлено и изучено с п/л “Ал-вин” свыше 130 донных бугров, сложенных кристаллическими сульфидами полиметаллов, пропитанных нефтью и имеющих высоту 5-25 м и ширину 10-50 м; а также 95 белых и черных “курильщиков”, извергающих (1-2 м/с) жидкость соленостью 3,7-8,1 %-эквивалента ЫаС1, и кондуктивный тепловой поток местами 1,2 Вт/м2 [2, 14, 21, 23, 25].
С п/л “Алвин”, погружавшейся почти на дно залива, произведено бурение в тело черного “курильщика” (430оС), откуда отобран керн длиной 25 см. В нем на долю твердого минерального материала пришлось 50 % и на флюид — 50. В свою очередь, 50 % этого флюида состояли из легкой, как конденсат, нефти, а остальные 50 % — из рудоносного гидротермального рассола. Капельки нефти наблюдались и визуально через иллюминатор еще до отбора керна, и когда п/л “Алвин” всплыла на поверхность, она оказалась в огромном нефтяном пятне, образовавшемся за счет нефти, которая при переходе через термоклин выделилась из образцов гидротермальных горных пород и сульфидных руд, находившихся во внешней коллекторской “корзине” подлодки [14, 30].
Горячие гидротермальные флюиды здесь вытекают из сульфидных бугров через шпили, шпицы и трещины трубчатых колонн (высотой до 30 м и более) черных “курильщиков”, находящихся, как правило, на сводах упомянутых бугров. Шпили имеют центральные жерла диаметром до нескольких сантиметров, а шпицы имеют не жерла, а многочисленные мелкие отверстия или взаимосообщающиеся каналы-поры диаметром 0,1-
1,0 и 0,1-0,2 см. Многие шпили, шпицы и несколько сульфидных бугров насыщены нефтью-конденсатом в виде крупных залежей нефти промышленного значения и природным газом. Поскольку с п/л “Алвин” визуально наблюдалось, что нефть выделяется не только из жерл “курильщиков”, манипулятором подлодки были отобраны образцы донных пород общим весом около 100 кг (самый крупный из них в 20 кг) из разных шпилей, шпицев и сульфидных бугров. Нефть и вода, содержавшиеся внутри этих образцов, удалялись посредством помещения последних в метанол, а затем — в метиленхлорид для экстракции нефти. Она была “цементом” во многих образцах, и, когда ее удалили оттуда, все образцы просто рассыпались [29]. В некоторых минералах этих пород выявлены и первичные флюидные включения (ПФВ) диаметром 1-50 мкм с газообразными и жидкими УВ. Они либо сольватированы, либо не сольватированы и в ПФВ, и в гидротермальных рассолах [25].
В обеих рифтовых долинах бассейна Гуаймас (Калифорнийский залив) сульфидные бугры и активные “курильщики” изучались с помощью п/л “Алвин” восемь лет (1981-1988 гг.), но никакого существенного изме-
нения состава флюидов из гидротерм и скорости их фонтанирования не замечено. Нефть в жерлах “курильщиков” и гидротермальных буграх из кристаллических сульфидов металлов имеет вид легкого конденсата, что свидетельствует об активной миграции и отсутствии здесь биодеградации нефти, а в донных осадках она биодеградирована и выявлена преимущественно в трещинах обломков сульфидов, сцементированных гидротермальным кремнеземом-опалом [14]. В этих гидротермальных полях Калифорнийского залива пробурены глубоководные скв. 477, 477-А, 478 и 481, выполнено драгирование дна. Типичные образцы сульфидных руд, поднятые из скважин и драгами, также насыщены нефтью. В ее летучей фракции выявлены алканы н-С5 — н-С10, изоалканы — 2-метилбутан, 2-метил-гексан, 2-метилпентан, 3-метилгексан, 3-метилпентан; изоалкен — 4-ме-тил-2-пентан; циклоалканы — метилциклогексан, циклогексан и метилен-циклопентан; арены — бензол и толуол, а также полиядерные ароматические углеводороды (ПАУВ) — антрацен, аценафтен, бенз(а)антрацен, бензо-а- и бензо-е-пирен, бензо(г,х,и)перилен, бензо-б- и бензо(к)флюорантен, бифенил, 1,2,5,6-дибензантрацен, дибензотиофен, диметилнафталин, ин-дан, коронен, 1- и 2-метилнафталин, нафталин, перилен, пирен, тетраме-тилбензол, триметилнафталин, хризен, фенантрен, флюорантен и флюо-рен. Эти ПАУВ указывают на высокотемпературный генезис нефти. В других здешних пробах она состоит из алканов н-С9 — н-С20 с небольшими количествами изопреноидов С10 — С20, но без С12 и С17, а также из ПАУВ, среди которых есть как все упоминавшиеся выше, так и их тио-, оксо- и алкилпроизводные [27, 29]. А в природных водах и гидротермальных флюидах здесь обнаружены и концентрации 3Не, на 65-70 % большие, чем в атмосфере, что указывает на поступление всех летучих и нефти из их мантийного источника [25]. Кстати, транзитное время гидротермального газо-нефтерудоносного апвеллинга флюидов в бассейне Гуаймас равно 50 мин [27], скорость фонтанирования гидротерм — 1-2 м/с [25], и нетрудно (по формуле У=Б/Т, где V — скорость апвеллинга, Б — длина его пути и Т — время) вычислить, откуда начинается этот апвеллинг. Его длина равна 3000-6000 м, и ясно, что апвеллинг начинает свой путь под дном залива 2500-5500 м глубже подошвы осадочного чехла толщиной до 500 м.
Тяжелый (813С от -17,6 до -15,0 %о) метан активно выделяется всеми горячими гидротермами в осевой рифтовой долине ВТП на 21о с.ш., где отсутствуют осадки и осадочные породы, но выявлена обширная гидротермальная деятельность и обусловленные ею залежи полиметаллических сульфидов. В них, отобранных из отверстий активных гидротерм, обнаружена гидротермальная нефть, состоящая из алканов н-С^ — н-С40 и выше без всякого преобладания четного или нечетного числа атомов углерода, а также токсичных ПАУВ. Реакционную зону гидротермальных флюидов, фонтанирующих из отверстий черных “курильщиков”, здесь характеризуют температуры от 386 до 400оС и давления от 30 до 40 МПА [23, 29].
Активные горячие донные гидротермы продуцируют залежи сульфидных руд вдоль ВТП и южнее. Его ось на 13о с.ш. также лишена осадков и осадочных пород, но анализами отобранных проб гидротермальных флюи-
дов установлено присутствие нефти из алифатических УВ в гидротермальных всплывающих “султанах” и металлоносных сульфидах возле донных ключей. Фитан и алканы выше н-С25 с преобладанием нечетных чисел атомов углерода обильны в сульфидных рудах полиметаллов, а некоторые стероиды и тритерпеноиды присутствуют в подошве шпиля неактивного “курильщика”, сульфидных рудах полиметаллов, их обломках в 20 м от отверстий донных гидротерм и в воде, отобранной в 1 км над дном океана [29].
25 тыс. лет назад на дне красноморской рифтогенной бездны Атлан-тис-11 глубиной более 2000 м образовались залежи гидротермальных руд (золото, кадмий, серебро и цинк) толщиной 10-30 м на базальтах, занимающих площадь диаметром около 10 км (рис. 2). Разрядка гидротерм здесь турбулентная, относится к гейзерному типу и имеет расход около 278 кг/с. В двух кернах металлоносных руд обнаружены гидротермальные битумы без пиролитических ПАУВ и нефть, у которой среди ее нормальных алка-нов отсутствует преобладание четных или нечетных атомов углерода, что особенно хорошо видно в случае длинноцепочечных гомологов. Скорость спрединга дна Красного моря в бездне Атлантис-11 равна 1,5 см/год [26, 29, 34].
Выполненные в 1984-2002 гг. гидрографические исследования вдоль Срединно-Атлантического хребта (САХ) между 12 и 38о с.ш. показывают изменяющуюся модель или форму всплывающих “султанов-факелов” гидротермальных флюидов, богатых метаном. Эти флюиды поднимаются из донных устьев гидротерм в осевой долине САХ. Концентрации метана от 45 нмоль/кг до 675 нмоль/кг выявлены во всплывающих флюидных “султанах” над такими ныне хорошо известными гидротермальными полями САХ, как “Снэйк Пит” (23°с.ш.) и “Трансатлантический геотраверз” (ТАГ, 26о с.ш.), а до 3,6 нмоль/кг наблюдаются типично в “султанах”, всплывающих от внутреннего днища осевой рифтовой долины САХ, от обращенных к ней стен хребта и/или от вершины рифтовых гор вдоль изученного участка САХ длиной почти 2230 км. Концентрации СН4 от 45 до 144 мкмоль/кг во флюидах гидротерм Снэйк Пит и ТАГ — того же порядка величины, что и обнаруженные во флюидах гидротерм ВТП. Хотя СН4, как известно, неустойчив к окислению растворенным в океанской воде кислородом, несмотря на микробиальное окисление СН4 в “султанах”, результаты исследований подтверждают, что метан является хорошим индикатором для трассирования-прослеживания гидротермальных “султанов” и картирования вариаций гидротермальной деятельности вдоль срединноокеанических хребтов. Более того, между 12 и 26о с.ш. на САХ результаты по СН4 показывают, что, хотя гидротермальная деятельность имеется повсюду вдоль САХ, она является господствующей возле ТРЗ 15о 20' с.ш. Сравнение СН4-трассера с таким, как суммарное содержание растворенного в воде марганца (СРМ-трассер) в “султанах”, позволяет дифференцировать поддонные гидротермальные процессы. Так, высокое СРМ/СН4, выявленное над полями Снэйк Пит и ТАГ, является индикатором взаимодействия базальта с морской (океанской) водой, а низкое СРМ/СН4 на 15о с.ш.
Рис. 2. Схематический поперечный разрез дна красноморского рифтового трога Атлантис II [26]
1 — массивные миоценовые эвапориты, 2 — гидротермальный рассол, близкий по составу к воде Красного моря, 3-4 — конвергирующие слои гидротермального рассола почти постоянного состава и температуры (нижний — без H2S), 5 — металлоносный (золото, кадмий, серебро, цинк) осадок, 6 — разлом, 7 — молодой океанический базальт
дает свидетельство о флюидной циркуляции в ультрабазитах. Данные по СН4 подтверждают связь между мантийной дегазацией, гидротермальной деятельностью и серпентинизацией на участке САХ между 12 и 26о с.ш. [10, 13].
Там, где на дне океанов нет гидротермальной деятельности, глубоководье и ультраглубоководье недонасыщено метаном вследствие его утилизации in situ. Фоновые же концентрации СН4 обычно соответствуют 0,18 нмоль/кг в Тихом океане и 0,36 нмоль/кг в Атлантике на глубинах между изобатой 1500 м и дном океана. В активных же гидротермальных системах концентрации метана иные, как видно из табл. 1-2.
Гидротермальное поле ТАГ находится на 26о с.ш. у восточной стены осевой рифтовой долины САХ, 275 км севернее ТРЗ Кане, и оконтурено по температурным и гелиевым аномалиям на дне океана между изобатами 2400 и 3100 м. Ныне активная группа черных “курильщиков” обнаружена на 26о 08' с.ш., 44о 49' з.д., в месте сочленения днища осевой рифтовой долины и ее восточной стены, где глубина океана 3620-3700 м. Гидротермальные флюиды в отобранных здесь п/л “Алвин” пробах имеют близкий к гидротермальным флюидам ВТП минеральный состав и выходную температуру, а также высокое (150 мкмоль/кг) содержание СН4. Во всплывающем в 10-40 м над устьем донного ключа гидротермальном “султане” установлено содержание от 54 до 673 нмоль/кг СН4. В нейтрально-плавучей части этого же “султана” выявлено лишь 0,63-7,50 нмоль/кг СН4. Обогащение метаном горячих гидротермальных флюидов обнаружено также в их пробах, отобранных здесь подводно-буксируемыми аппаратами и при-
Таблица 1
Максимальные концентрации СН4 в воде океана над гидротермами Срединно-Атлантического хребта (САХ) на участке длиной 1200 км между 12 и 26о с.ш., 44 и 50о з.д. [13]
Содержание СН4, нмоль/кг Условия отбора проб воды с СН4:
Глубина (м): Координаты места отбора воды: Структурно-геоморфологическое положение метаноносных донных геотерм
взятия пробы океана с.ш. з.д.
1 2 3 4 5 6
1,85 3541 4800 12°24' 44°05' ТРЗ* Маратон (12°59,9’ с.ш. /ТРЗ Меркурий (12о20' с.ш.)
0,77 2500 3900 13°47' 44о59' ТРЗ Маратон/ТРЗ 15о с.ш.
1,31 2715 3000 14°05' 45о01 -”-
0,50 3000 3906 14°35' 46о08' —”—
0,45 2300 3260 14°46' 48о10 Вне оси САХ
4,82 2704 2798 14°54' 44о53' Ось хребта/восточная стена
4,77 2960 3554 14°54' 44о55' Низ восточной стены
2,66 2900 2964 14°55' 44о54' Ее подножие
3,56 2603 2923 —”— _”_
3,42 2897 4005 14°56' 44о55' Восточный хребет/ТРЗ 15о с.ш.
5,27 2500 2773 44о52' Восточная стена
2,70 2502 3757 44о54' Ее низ
1,13 2000 3030 15°05' 49о22' Вне оси САХ
15,62 2803 3475 15°06' 44о57' Восточный край центра купола
17,78 2997 3550 15о06' 44о55' _”_
2,12 2591 3029 15о07' 44о57' Его северный край
2,75 3101 3994 15°36' 46о34' ТРЗ 15о с.ш./западный хребет
2,16 3203 3630 15о45' 46о33' -”-
3,74 3250 3403 15о48' 46о34'
0,36 4827 4837 16о01' 48о07' Трог Роял
1,53 3589 4017 16о08' 46о40' -”-
1,85 2498 4230 16о37' 46о30' -”-
1,26 3400 4724 16о32' 46о28' —”—
0,99 3800 3905 17о09' 46о30' —”—
0,99 3655 3655 17о19' 46о27’ -”-
0,99 3500 4300 17о30' 46о27’ -”-
0,27 2600 3847 18о13' 46о26' 48 км восточнее оси хребта
0,77 3600 3610 18о14' 46о40'
0,90 3600 4023 18о40' 46о18' —”—
0,77 3800 3823 18о48' 46о15' -”-
0,45 3600 3640 19о07' 46о02' -”-
0,72 2900 3450 19о35' 45о56' -”-
0,32 4500 4510 19о58' 45о43' —”—
0,77 2594 3485 20о22' 45о37’
0,90 2848 3070 21о51' 45о13' -”-
2,34 3702 4075 23о14' 44о54' Южнее ТРЗ Кане
0,90 3900 4350 23о25' 45о00' Севернее ТРЗ Кане
0,32 4300 4300 23о40' 45о10' ТРЗ Кане
1,26 3392 3680 23о22' 44о57' 500 м южнее
0,59 2000 3615 26о09’ 44о50' ТАГ**
0,68 2996 3652 26о08' 44о49’,6 _”_
8,33 3305 3387 26о08' 44о49',7 —”—
9,05 3438 3732 26о08' 44о49',4 —”—
8,37 3340 3691 26о08' 44о49’,8 -”-
* ТРЗ — трещинно-разломная зона
** ТАГ — гидротермальное поле Трансатлантического геотраверза
борами. Один из “султанов” ясно и четко идентифицирован в воде океана между глубинами 3200 и 3500 м. Глобально СН4-аномалии до 9 нмоль/кг коррелируются с температурными и нефелометрическими аномалиями, избытком марганца, партикулятным железом и суспензированным веществом.
Возраст земной коры в ТАГ равен 100 тыс. лет. Это гидротермальное поле полностью лишено осадков и осадочных пород, а из донных образцов ангидрита, сфалерита и халькопирита выделена легкая (Сю — С42) нефть, в которой масс-спектрометрически/хроматографически идентифицированы фракции насыщенных и ароматических УВ, пристан и неиден-тифицируемая очень сложная смесь “органических” соединений. Алканы имеют равное единице соотношение четных и нечетных чисел атомов углерода, а ароматическая фракция состоит из нафталина, фенантрена, их ал-килированных гомологов и тиоароматических соединений, свидетельствующих о гидротермальном происхождении нефти. Гидротермальная разрядка здесь на глубине океана 3700 м имеет вид мерцания над дном, а также белых (226оС) и черных(335-350оС) “курильщиков”, где скорость фонтанирования из жерл их шпилей измеряется 1-2 м/с, а из небольших трещин в подошве центрального шпиля — 0,1-0,2 м/с. В придонной воде установлены аномально высокие температуры и избыточные концентрации 3Не [13, 29, 31].
Донное гидротермальное поле Снэйк Пит (“Змеиная Яма”) на 23о22',08 с.ш., 44о57' з.д. является вторым крупным и высокотемпературным гидротермальным полем с черными “курильщиками” в срединной рифтовой долине САХ, около 25 км южнее ТРЗ Кане. Флюиды из отверстий гидротерм, отобранные п/л “Алвин” в Снэйк Пит, также содержат СН4 и имеют температуру 337-352оС. Расчет кривой смешивания дает концентрации здесь СН4 (в виде конечного продукта), равные 62 мкмоль/кг, что в миллион раз выше его фоновых значений для глубоководья Атлантики. Концентрации СН4, выявленные в гидротермах Снэйк Пит, в 3 раза меньше, чем в ТАГ, но близки к гидротермальным флюидам с 21о с.ш. и 13о с.ш. на ВТП. СН4-концентрации от 55 до 326 нмоль/кг наблюдались во всплывающем “султане” сразу же над отверстиями донных гидротерм [13, 27, 31].
Гидротермальная высокотемпературная деятельность на взаимном пересечении оси восточного отрога САХ и ТРЗ 15о20' с.ш. приурочена ко дну рифтовой долины шириной 13 км по изобате 3800 м. (Южнее ТРЗ 15о20' находится геотермальное поле Логачев). Куполообразные поднятия-вспучивания дна обнаружены на противоположных бортах рифтовой долины, в основании ее восточной и западной стен. Поднятие у внутреннего угла упомянутого перекрестка на востоке ТРЗ 15о20' с.ш. похоже на куполообразные формы донного рельефа, изученные у взаимных пересечений осей хребтов медленного спрединга с трещинно-разломными зонами САХ — Атлан-тис-11, Вема, Кане и Океанограф.
“Султаны” разного состава с удивительно высокой (до 17,6 нмоль/кг) концентрацией СН4 и без существенного нефелометрического сигнала идентифицированы на САХ у 15о с.ш. Над центром рифтовой долины содержа-
Таблица 2
Концентрации СН4 в базальтовых стеклах, “стреляющих” изверженных породах и гидротермальных флюидах срединно-океанических хребтов и бассейнов [13]
Образец и место отбора: Содержание СН4, мкмоль/кг
Базальтовые стекла:
Восточно-Тихоокеанское поднятие (ВТП) 0,6
Срединно-Атлантический хребет (САХ) 2,2-13,5
Гидротермальные флюиды:
Бассейн Гуаймас Калифорнийского залива 12150-16650
Бассейн Лау (у о-вов Тонга-Кермадек) 3,6-4,5
ВТП, 11о с.ш. 67-117
- ” - 13о с.ш. 27-54
- ” - 21о с.ш. 58-90
Г алапагосский центр спрединга 85-301
Индевр (хр. Хуан-де-Фука), Пацифик 504-1413
Осевая гора хр. Хуан-де-Фука 25
Снэйк Пит (23о с.ш.), САХ 62
ТАГ (26о с.ш.), САХ 144
ТРЗ (Кане 15°20' с.ш.), САХ, устье гидротермы 45
Южная часть хр. Хуан-де-Фука 81-117
“Стреляющие” изверженные горные породы САХ 12,6
ние СН4 возрастает от почти обычного для окружающей морской воды до несколько более высокого у ее восточной стены. Максимальные же СН4-кон-центрации выявлены в воде на ее глубинах от 2800 до 2900 м, а их источник находится в восточной стене. Подводный буксируемый безлюдный аппарат во время подъема над куполом, расположенным у оси рифтовой долины на 15о05' с.ш., 44о59' з.д., при движении от восточного края купола, где глубина океана 3400 м, к его вершине, где глубина океана 2500 м, выявил внезапное увеличение до 17,6 нмоль/кг концентрации СН4 над его восточным краем [12].
Там, где ось восточного отрога САХ пересекается с ТРЗ 15о20' с.ш., выявлена максимальная (3,4 нмоль/кг) СН4-аномалия в “султане” высотой 1000 м между изобатами 3500 и 2500 м. Центр данной аномалии — в 1 км над дном океана. Похожие СН4-профили получены на нескольких станциях у пересечения оси западного отрога САХ и ТРЗ 15о20' с.ш. Там концентрации СН4 в воде измеряются 2,72 нмоль/кг на глубине 3100 м; 3,70 нмоль/кг на глубине 3250 м и 2,50 нмоль/кг на глубине 3400 м. СН4-профили, расположенные над осью рифтовой долины САХ, т.е. на 16о37',42 с.ш. и 16о91',68 с.ш., имеют сильную аномалию СН4 (1,83 нмоль/кг) при глубине океана 2500 м и меньшую СН4-аномалию (1,16 нмоль/кг) на глубине 3200 м, а также еще одну (1,12 нмоль/кг) у дна океана глубиной 4200 м. На двух других станциях СН4-профили указывают на резкое увеличение содержания СН4 по сравнению с фоновым (0,44 нмоль/кг) у глубины 2800 м, и это сохраняется постоянным до самого дна океана на глубине 3500 м [12, 18, 27].
Истечение СН4 происходит из морского дна вдоль всей 2230-километровой длины САХ между 12 и 38о с.ш. Два активных гидротермальных поля (ТАГ и Снэйк Пит) генерируют типичные СН4-“султаны”, поднимающиеся на высоту до 300 м над дном океана в рифтовой долине, но другие СН4-профили, наблюдавшиеся вдоль САХ, показывают, что высота столба океанской воды, на которую повлияли гидротермы, достигает 1000 м, что примерно в 3-4 раза больше, чем на ВТП, хр. Хуан-де-Фука и в бассейне Лау Пацифика. Различия в структуре “султанов” могут локально вызываться разноскоростными подводными течениями, интенсивностью фонтанирования гидротермальных ключей-“курильщиков”, размерами “живого сечения” их жерл и плотностями выходящего из них гидротермального флюида. Например, гидротермальный СН4-“султан”, структурированный вышеупомянутыми явлениями, поднимающийся более чем на 800 м над дном океана и простирающийся на несколько километров латерально, выявлен вдоль осевой части Марианской впадины в Тихом океане [12, 15, 18, 19, 24, 25, 29-33].
Различные формы СН4-“султанов” тесно связаны и с топографией подводных хребтов. Вертикальное распространение СН4 вдоль САХ между 15 и 23о с.ш. отличается по структуре и интенсивности от того, что обнаружено вдоль ВТП, в том числе и на его участке 13о с.ш. Поперечные разрезы ВТП и САХ показывают, что ВТП характеризуется неглубоким (100200 м) и узким (200-500 м) осевым грабеном на высокой части хребта, а САХ — глубокой (1500-2500 м) и широкой (16-30 км) осевой долиной. Состав же, температура и, следовательно, плавучесть “султанов” над черными “курильщиками” в САХ и ВТП похожи. Поскольку плавучесть флюидного “султана” становится нейтральной у верхних краев рифтовой долины САХ, СН4-“султаны”, эманирующие из ее основания и стен, не могут рассеиваться широко по Северной Атлантике и остаются “привязанными” к рифтовой долине, в противоположность эманируемым на верхних границах стен рифтовой долины САХ СН4-“султанам”, которые могут рассеиваться за ее пределы. СН4-аномалии, наблюдавшиеся на разных уровнях в 1000-метровом столбе воды над дном в САХ, указывают на наличие активной восходящей гидротермальной циркуляции и в подножии рифтовой долины, согласно СН4-“султанам” возле ТРЗ 15о20' с.ш. СН4-аномалии же у стен и/или на вершинах рифтовых подводных гор между 16 и 17о с.ш. располагаются около изобат 2400-2600 м. СН4-дегазация дна океана переменна по интенсивности и приурочена к донным обнажениям ультраоснов-ных горных пород, будучи меньшей на верхней кромке стен, и у вершины рифтовых гор по сравнению с их подножиями. На САХ, характеризующемся медленным спредингом, зрелая гидротермальная активная система существует и в ТАГ, и в Снэйк Пит, где белые и черные “курильщики” похожи на “курильщики” ВТП с интенсивной, но переменной СН4-дегаза-цией. На ВТП извергающиеся гидротермы несут с собой Н2, Не и СН4 из выщелачивающегося свежего горячего базальта, где эти газы содержатся в больших количествах. В их флюидах с температурой 350оС выявлено 220440 мг/кг СО2; 170,4-340,8 мг/кг сероводорода; 2,016 мг/кг Н2 и 1,6 мг/кг
СН4. Похожее было получено и для гидротерм на хр. Хуан-де-Фука в Тихом океане[12].
С точки зрения генезиса метана, извергаемого подводными горячими (350оС и выше) гидротермами на дне Мирового океана, очень важны и результаты исследований, выполненных там между 15о с.ш. и Азорами. Здесь совершены 23 погружения п/л “Нотиль” восточнее и западнее пересечения геотрещинной зоны 15о20' с.ш. и оси САХ, отобраны пробы флюидов у дна океана из отверстий горячих донных гидротерм, изучены газовый и элементный составы этих флюидов, а также концентрация в них газов и химических элементов, закартированы обнажения базальтов, габбро, гарцбургитов, дунитов, перидотитов, серпентинитов, брекчий ультра-базитов, черные “курильщики” и метановые “султаны-факелы” на обнажениях ультрабазитов у дна Атлантики. Геотрещинная зона 15о20' с.ш. — это левосторонний трансформный сброс, отходящий от САХ на 15о20' с.ш. и 46о40' з.д. в восточном направлении на расстояние 195 км до пункта на 15о10' с.ш. и 44о54' з.д. Имея в виду симметричный спрединг, латеральное смещение по этому трансформу измеряется около 3 см/год. Глубокая трансформная долина скалывания имеет ширину более 3 км и ограничена на каждом ее борту высокими хребтами так, что местами их гребни находятся на глубине 2,5 км. Самые глубокие пропасти трансформной долины выявлены на ее пересечении с активной осевой рифтовой долиной САХ и отмечены глубокими бассейнами центрально-узлового облика почти вдоль нынешней оси растяжения дна рифтовой долины [12, 31].
Крупные обнажения перидотита и дунита из истощенной мантии Земли обнаружены драгами на поднятии восточного отрога САХ и ТРЗ 15о20' с.ш. С помощью драг севернее и южнее найдены обнажения серпентинизиро-ванного гарцбургита в стенах рифтовой долины и на нескольких рельефных возвышенностях, образующих южную стену трансформной долины. Почти все образцы ультрабазитов, отобранные на восточном обрывистом склоне одной из этих возвышенностей, являются истощенными перидотитами одного и того же магматического комплекса и источника. Западнее пересечения САХ и ТРЗ 15о20' с.ш. образцы серпентинизированных перидотитов поднимались драгами со дна океана и во время круиза НИС “Академик Николай Страхов”, а в круизах других НИС отмечены здесь же серпентинизированные ультрабазиты, обнажающиеся в восточной стене рифтовой долины [12, 13].
В одном из круизов п/л “Нотиль” погружалась восточнее зоны пересечения САХ и ТРЗ 15о20' с.ш., т.е. в рифтовую долину вдоль ее западной стены и к донному поднятию у ее внутреннего угла. Западнее же зоны пересечения сделаны два погружения с подводными проплывами п/л “Но-тиль” поперек рифтовой долины на расстояниях 15 и 27 км от места взаимного пересечения подводного хребта и трансформа. Отобранные манипулятором п/л “Нотиль” обнаженные на дне горные породы представлены 127-ю образцами ультрамафитов, габброидов и трондемитов, из которых многие сохраняют интрузивные взаимоотношения между ультрабазитами
и дайками габброидов или трондемитов (табл. 3). Первые погружения п/л “Нотиль” и отбор проб флюидов и образцов горных пород, обнаженных на дне и стенах рифтовой долины САХ, сделаны у подводного купола (15о05' с.ш., 44о59' з.д.) на восточной стороне пересечения рифтовой долины и ТРЗ 15о20' с.ш., где ранее обнаружены максимальные концентрации СН4 в гидротермах, фонтанирующих из обнаженных ультрабазитов. Южнее же серпентиниты обнажаются на восточной стене и восточной части осевой рифтовой долины, а также на приподнятых участках поперечного хребта. Базальты же обнажаются на дне осевых бездн и образуют небольшой покров-“шапку” на своде главного купола (15о05' с.ш., 44о59' з.д.).
Севернее геотрещинной зоны 15о20' с.ш. как склоны САХ, так и его осевая долина изучены 14-ю погружениями п/л “Нотиль”. Здесь, на западном участке зоны пересечения САХ и упомянутой геотрещинной зоны, обнажения серпентинизированных перидотитов с небольшим количеством габбро — это непрерывный пояс на западной стене осевой пропасти между 15о29' и 15о39' с.ш. Серпентинизированные перидотиты также обнажаются обширно на восточной стене этой пропасти у 15о36' с.ш. Обширные обнажения габбро находятся ниже на этой стене. Базальты обнажаются в осевой прорве и вдоль восточного склона хребта у трансформного сброса, а также покрывают ультрабазиты и габброиды на верхней части западного склона хребта. Обломки базальта выше обнажений ультрамафитов и габ-броидов отобраны манипулятором п/л “Нотиль” на восточном склоне хребта, возле 15о36' с.ш. [12, 13, 31].
Морфология САХ весьма неодинакова и отражает разнообразие процессов его конструирования. Залегания габброидов и ультрабазитов в стенах рифтовой долины САХ весьма многочисленны и хорошо задокументированы на нескольких разбуренных скважинами участках вне трещинных зон. Это требует пересмотра классической слоистой модели океанической коры (базальты со слоями 2-а, 2-б, 2-в, габбро, ультрамафиты), поскольку согласно этой модели ультрабазиты могут наблюдаться только в геотре-щинных зонах, дающих поперечный разрез океанической коры [13].
Существование обнажений серпентинизированных перидотитов, полученных из мантии Земли, и габбро во многих местах вдоль рифтогенных срединноокеанических хребтов есть свидетельство, что процессы спредин-га дна океанов местами охватывают значительный подъем-воздымание верхней мантии и материала нижней части океанической земной коры на осях этих хребтов. В круизе “Фаранот-15о с.ш.”, получена улика и о значительных обнажениях ультрабазитов вдоль отдельных частей САХ на площади между 14о с.ш. и Азорской точкой тройного сочленения. Серпен-тинизированные перидотиты и габбро выявлялись ранее только драгами в осевой долине САХ на 15о37' с.ш. и 16о52' с.ш. Так на 15о37' с.ш., 27 км севернее западной части зоны пересечения оси САХ и геотрещинной зоны 15о20' с.ш., как западная, так и восточная стены долины начиная от базальтового днища и до верха сложены габбро и ультрабазитами (преимущественно гарцбургитами). Обнажения последних находятся возле геотре-
Таблица 3
Структуры дна, его горные породы, глубина океана и максимальные концентрации СН4 в зоне пересечения геотрещины Кане и Срединно-Атлантического хребта, по данным работ с подлодки [13]
Номер погружения Объект изучения Главные горные породы, обнаженные на дне океана Глубина океана, м Содержание СН4, нмоль/кг
1 2 4 5
ФР-01 Купол (15о05' с.ш. - 44059' з.Д.) Базальты, дуниты 2582-2452 42
-”-02 Его подножие и вершина 3396-2500 12
-”-03 Его восточный склон Базальты, марганцевые корки, гарцбургиты, дуниты, габбро 3669-2662 35
-”-04 То же, но южнее Базальты, серпентинизированные породы, дуниты 2940-2582 53,2
-”-05 Северное крыло трансформа Гарцбургиты, перидотиты, дуниты, брекчированные или тектонизированные породы 4080-2900 1,12
-”-06 Восточнее купола _”_ 2625-2500 23,8
-”-07 Юг купола, контакт перидотит/базальт Афировый базальт, силицифициро-ванные перидотиты, габбро, гарцбургиты 4028-3200 0,9
-”-08 Западная стена центрально-узлового бассейна Подушечные базальтовые лавы, марганцевые корки, измененные перидотиты, габброидные блоки 4668-3420 1,0
-”-09 Юго-запад купола Серпентинизированные дуниты, измененные габбро 3839-3570 1,1
-”-10 Восточная стена рифтовой долины Базальты, долериты 3952-3384 2,0
-”-11 Дно рифтовой долины и нижняя часть ее восточной стены Свежие подушечные базальты, серпентинизированные перидотиты 4641-3500 1,2
-”-12 Стена на востоке купола из перидотитов (15о37' с.ш.) Массивные габбро, перидотиты, марганцевые корки 4006-3130 22
-”-13 Восточная стена между 14°28' с.ш. и 15°30' с.ш. Афировые базальты 3970-2949 2,4
-”-14 Там же 3532-2734 1,9
-”-15 Восточная стена осевой долины у 15°27' с.ш. Подушечные базальты 4654-3000 0,89
-”-16 Ее западная стена на15°30' с.ш. Подушечные базальты, габбро, тектонизированные перидотиты, гидротермальный осадок 3580-3100 14,9
-”-17 Часть той же западной стены у 15°3Г с.ш. Г идротермальные осаждения, афировые базальты, гарцбургитовые и перидотитовые брекчии 3709-3113 9,9
-”-18 Нижняя часть восточной стены на 15°30' с.ш. Свежие подушечные базальты, марганцевые корки 4630-4639 3,5
-”-19 Заплыв на 7 км с юга на север по западной стороне рифтовой долины 3300-3195 11,3
-”-20 То же, но южнее 3752-3160 10,9
Продолжение maбл. 4
1 2 4 5
ФР-21 Площадь на 15°30' с.ш. Базальты, серпентинизированные гарцбургиты 4273-3257 6,1
-”-22 Между ФР-16 и ФР-17 Г аббро, серпентиниты, подушки долеритов 3554-3050 7,1
-”-23 Восточный и западный склоны перидотитового поднятия на 15о37' с.ш. Серпентинизированные гарцбургиты 3847-3200 7,3
щинной зоны Кане (22-24° с.ш.), что известно с 1995 г. Недавно с подводных лодок установлена чрезвычайно контрастная магматическая деятельность в двух сегментах САХ возле 34о52' и 33о55' с.ш. Внутренние углы одного из сегментов САХ севернее трансформа Хейис, между 33о20' и 34о10' с.ш., где тектоническая активность очень сильна, являются и местами внедрения глубинных серпентинизированных перидотитов благодаря диапиризму или сепарационному сбросообразованию. И именно над обнажениями этих ультрабазитов в столбе океанской воды обнаружены высокие, выше фоновых, концентрации СН4 [9-12, 31].
В общем, гидротермальная циркуляция в горной массе океанского дна, сложенного изверженными горными породами, существует повсюду вдоль САХ. Ее интенсивность варьирует, но циркуляция не случайным образом здесь распространена и максимальна возле трещинных зон. Согласно данным о богатых метаном первичных флюидных включениях в габбро из Юго-западного Индоокеанского хребта, плутонические горные породы являются потенциально колоссальным вместилищем небиогенного СН4 в гидротермальных системах срединноокеанических хребтов. Ранее похожая метановая дегазация глубинных недр Земли наблюдалась в ассоциации с интенсивным истечением Н2 из перидотитов Оманского офиоли-та; на площади Мидконтинентской гравианомалии США; из офиолита Сам-балес Филиппин; серпентинитовой подводной горы, разбуренной скв. 125 из “Проекта океанского бурения” в Марианской впадине; из щелочных, мафических и ультрамафических пород Кольского п-ова, Русской платформы, Урала и Сибири. В общем, результаты исследований по СН4 между 12о с.ш. и Азорами вдоль САХ свидетельствуют о генетической связи субмаринного истечения СН4 с высокотемпературной гидротермальной деятельностью, дегазацией мантии Земли и процессом серпентинизации, которые небиогенно продуцируют крупные восходящие потоки СН4. Богатые им “султаны-факелы” в океаническом глубоководье характеризуются разными концентрациями. Такая метановая дегазация установлена исходящей из отверстий подводно-донных гидротермальных ключей на ВТП, в Галапагосском центре спрединга, хр. Хуан-де-Фука Пацифика, Марианской впадине и на многих других участках дна Мирового океана [10-15, 18, 19, 25, 27-33].
На 36о13,80' с.ш. и 33о54,12' з.д. выявлено и изучено подводно-донное гидротермальное поле Рейнбоу (“Радуга”), находящееся в САХ на западном склоне хр. Рейнбоу (глубина Атлантики 2270-2330 м). Это гидро-
термальное поле длиной 100 м и шириной 200 м вмещается ультрамафи-ческими горными породами и имеет 10 крупных групп черных “курильщиков”, мощно извергающих гидротермальные флюиды температурой 351-365оС с экстраординарно высокими концентрациями метана (2,5 ммоль/кг), Н2 (16 ммоль/кг) и оксида углерода (5 мкмоль/кг) по сравнению с флюидами, отобранными из других выходов гидротерм на САХ (табл. 4). Водород составляет более 40 % объема смеси газов, отобранных из гидротерм Рейнбоу. Как и в Логачевском гидротермальном поле САХ (14о45' с.ш.), которое обнаружено также в ультрамафитах, на химию гидротермальных флюидов Рейнбоу сильно повлияли мантийные горные породы [9, 10].
Выходы высокотемпературных гидротермальных подводно-донных ключей располагаются здесь вдоль подножия стены из наклонного тектонического блока ультрабазитовых горных пород и ассоциируются с одними из крупнейших гидротермальных “султанов-факелов” с точки зрения выделяющегося объема метана, марганца, сероводорода, гелия, тепла и др. Западной границей поля Рейнбоу, приуроченного к месту пересечения системы нетрансформного разлома с разломами САХ, является обрыв (по сбросу) высотой 25 м со штокверком рудной минерализации [9]. Десять отдельных групп активных черных “курильщиков” этого поля повсюду укоренены в ультрамафических горных породах. Шпили “курильщиков” и массивные сульфиды обогащены медью, цинком, кобальтом и никелем относительно других гидротерм, исходящих прямо из базальтов. Небольшая площадка древнего базальта имеется на восточной наклонной вершине хр. Рейнбоу, 1 км восточнее упомянутых “курильщиков”, однако все гидротермы Рейнбоу фонтанируют из ультрабазитов [10].
В гидротермальном поле Рейнбоу совершено 11 погружений п/лодки “Нотиль” к черным “курильщикам”, отобраны пробы их флюидов и определены концентрации в них азота, водорода, диоксида и оксида углерода, метана, этана, пропана и сероводорода. В сравнении с другими гидротермами САХ гидротермальные растворы Рейнбоу характеризуются наивысшими концентрациями переходных металлов и редкоземельных элементов. Сходство химических составов у всех гидротерм Рейнбоу предполагает один-единственный источник флюидов всего этого гидротермального поля. С помощью газохроматографии/масс-спектрометрии обнаружены метан, этан и пропан во всех гидротермах, а во флюиде из отверстия гидротермы ФЛО-
05 (362оС) определены концентрации бутана, пентана и других прямоцепочечных насыщенных УВ от н-С^ до н-С29, т.е. природная небиогенная мантийная нефть. По сравнению с высокотемпературными флюидами из других гидротерм САХ флюиды Рейнбоу имеют весьма однообразный химический состав и характеризуются низким рН (от 2,8 до 5,0 при 25оС), высоким содержанием хлора, бария, кальция, рубидия, стронция, цезия и железа, низкой концентрацией кремния и сероводорода, очень высокими содержаниями водорода (16 ммоль/кг), диоксида углерода (16 ммоль/кг), метана (2,5 ммоль/кг), оксида углерода (5 ммоль/кг) и наличием небиогенной нефти из насыщенных прямоцепочечных, а также ароматических и изопреноидных УВ. Ультрамафиты в Рейнбоу — это перидотит и серпен-
тинит [10], а 813С метана от -18,2 до -13,0 %о является характеристикой небиогенного происхождения СН4, что обнаруживалось ранее и в других гидротермальных полях Мирового океана [9-10].
И, хотя совсем еще недавно полагалось, что восстановленные углеродистые вещества, имеющие низкие величины 813С (-20 %) в ассоциации с высокими отношениями СН4/С2Н6+С3Н8, являются “биогенными”, экспериментальные данные Дж. Хорита и М.Э.Берндта [16], а также Х.С.Лансе-та и Э.Андерса [22] бесспорно показали, что кинетическое изотопное фракционирование в течение абиотических процессов может продуцировать углеродсодержащие вещества с очень низкими величинами 813С (от -25 % до -50 °%о), свидетельствуя, что небиогенный метан может быть гораздо более вездесущим, чем думали раньше. Фракционирование изотопов во время абиотических процессов может объяснять разнообразие 813С, ранее определенное во флюидах из южной части ВТП (-22 %) и донных гидротерм Лакки Страйк (от -12,7 % до -13,7 %) и Менес Гвен (-19,6 %) на САХ, как видно, например, в табл. 4.
В большинстве случаев верхняя часть магматогенной океанической коры полностью слагается базальтовыми породами. Однако на медленно спредингующем САХ верхняя часть этой коры сложена преимущественно перидотитами с базальтовыми лавами, присутствующими в виде тонкого слоя, и габбро, инъецированными в перидотиты. Высокие концентрации Н2, самые высокие из всех когда-либо наблюдавшихся до сих пор, и метана, замеренные в Рейнбоу, ясно связаны с внедрением здесь ультрамафи-тов в земную кору и подтверждают, что крупные метановые аномалии, ранее установленные в столбе морской воды, непосредственно ассоциируются с обнажением ультрамафитов вдоль подводных хребтов медленного спрединга. Вероятно, что водород продуцируется во время серпентиниза-ции ультрамафитов, когда Ге (II) оливина превращается в Ге (III) магнетита. Серпентинизация оливина и ортопироксена в ультрамафитах при высокой температуре и высоком давлении (300оС; 50 МПа) также играет важную роль в генерации небиогенного углеводородного газа за счет восстановления СО2 водородом в различные УВ-ные газы и углеродистые соединения по реакциям Фишера/Тропша. Ультрамафиты обнажаются на всей площади гидротермальных полей Рейнбоу и Логачев. Последнее намного южнее первого и находится в месте пересечения САХ с трещинной зоной 15о20' с.ш. [9-13].
Важно отметить еще одно обстоятельство. И 813С метана, и 813С диоксида углерода горячих флюидов, извергающихся донными гидротермами, не являются одинаковыми даже на одном и том же срединноокеаническом хребте. Так, например, на САХ 813С метана определяется: -18/-19 % во флюидах гидротермального поля Брокен Спур (356-364оС), -12,7/-13,7 Лакки Страйк (170-364оС), -13,6 поля Логачев (347-352оС), -18,8/-19,6 Менез Гвен (275-284оС), -15,8 Рейнбоу (365оС) и -8,0/-9,5 % во флюидах поля ТАГ (290-321оС), а 813С диоксида углерода измеряется -9,0 % во флюиде гидротермального поля Брокен Спур, -7,2/-10,6 Лакки Страйк, -4,3 поля Логачев, -6,8/-9,1 Менез Гвен, -3,15 Рейнбоу и -8,4/-10,0 0%о во флюидах поля ТАГ (см., табл. 4).
ISSN 1999-7566 Геология и полезные ископаемые Мирового океана
^ Таблица 4
05 Химический состав горячих глубоководных эндогенных флюидов и их газов в наиболее известных гидротермальных полях Срединно-Атлантического хребта между 14 и 38° с.ш. [10, 11]
Среда, вещество. Вода Название гидротермального поля (северная широта)
концентрация океана Логачев {14°457) Снэйк Пит (23°) ТАГ (26°) Брокен Спур (29°) Рейнбоу, (36°147) Дакки Страйк, {37°177) Менез Гвен, (37°507)
Океан:
Глубина, м 3000 3460 3670 3200/3300 2300 1700 850
Температура, °С 2 347/352 335/350 290/321 356-364 365 170/364 275/284
pH 7,8 3,3 3,9/37 3,1 — 2,8 3,5/3,7 4,2/4,3
Минеральное вещество:
Ва, мкмоль 0,14 >4,5 >4,3 >19 >12,9/>21,3 >67 10/52 >12
Вг, — 838 818 847 880/1045 749/765 1178 735/924 666/710
Са, ммоль 10,2 27,3 9,9/10,5 26,0 11,8/12,8 66,6 31,3/38,2 29,7/33,1
С1, — 546 515 559/559 659 469 750 422/533 357/381
Cs, нмоль 2,3 385 177/181 110 139/146 333 200/280 330
Си, мкмоль 0,007 15/50 17/10 150 28,3/69,6 121/162 4/26 0,6/3
Fe, — <0,001 2500 2180/1839 1640 1684/2156 24050 30/863 <2/18
К, ммоль 9,8 21,9 23,6/23,9 18,0 18,1/19,6 20,4 21,1/26,7 22,1/23,8
Li, мкмоль 26 245 843/849 411 1006/1033 340 278/357 238/274
Mg, ммоль 53 0 0 0 0 0 0 0
Mil, мкмоль <0,001 330 491/493 1000 250/260 2250 84/446 59/71
Na, ммоль 464 430 510/509 584 419/422 553 347/446 312/319
Rb, мкмоль 1,3 27,7 10,5/10,8 10 13,0/13,6 369 22,7/39,1 20,3/29,4
Si(OH)4, ммоль <0,2 8,2 18,2/18,3 22,0 — 6,9 11,5/16,3 7,7/11,6
so4, — 28,2 0 0 0 0 0 0 0
Sr, мкмоль 87 138 50/51 99 42,9/48,0 200 67/119 100/111
Zn, 00,1 25/30 50/47 46 40,8/88,0 115/185 5/57 2,4/4,3
Газы:
Аг, мкмоль 16 12 17/35 20/40 — — 11/30 11/38
СН4, ммоль 0,0003 2,1 0,023/0,062 0,124/0,147 0,065/0,13 2,5 0,50/0,97 1,35/2,63
S1JC(CH4), %о — -13,6 — -8,0/-9,5 -18/-19 -15,8 -12,7/-13,7 -18,8/-19,6
СО, нмоль 0,3 — — — — 5000 — —
СОг, ммоль 2,30 10,1 5,2/6,7 2,9/3,4 6,0/7,1 16 13/28 17/20
S1JC(C02), %о -5,1/-5,9 -4,3 — -8,4/-10,0 -9,0 -3,15 -7,2/-10,6 -6,8/-9,1
Н2, ммоль 0,0004 12,0 0,19/0,48 0,15/0,37 0,43/1,03 16 0,02/0,73 0,024/0,048
H2S, — 0 0,5/0,8 5,9/5,9 6,7 8,5/11,0 1,2 2,5/3,0 <1,5
N2, — 0,59 3,0 1,20/3,37 0,90/0,89 — 1,8 0,61/0,97 0,60/1,90
Краюшкин ВЛ.
Не является одинаковой и постоянной во времени величина 813С и метана, и диоксида углерода, выносимых горячими рассолами даже одного и того же гидротермального поля. Так, гидротермальный флюид, например, Рейнбоу содержал метан с 813С = -15,8 % в 1997 г., -16,0 в 1998 г., -13,0/-13,4 в 1999 г. и -18,2 % в 2001 г. Это же присуще и С02. Величина его 813С была равна -3,0 % в 1997 г., -3,1 в 1998 г., -1,0/-4,0 в 1999 г. и -
3,1 % в 2001 г. Не была постоянной тогда и температура гидротерм в поле Рейнбоу. Так, в июле 1997 г. (круиз “Флорес”) она равнялась 362о С, в мае 1998 г. (круиз “Салданья”) — 346-350оС, в октябре 1999 г. (42-й круиз НИС “Академик Мстислав Келдыш”) — 308оС, а в мае 2001 г. (круиз “Айрис”) — 342оС [10].
В общем, многочисленными и многолетними исследованиями установлено, что нефтегазорудоносная гидротермальная деятельность присутствует вдоль всей глобальной современной системы центров-осей спрединга Мирового океана. УВ и другие летучие выделяются в толщу океанской воды быстро фонтанирующими горячими гидротермами, циркулирующими через молодой горячий базальтовый материал, габбро, гарцбургиты, дуниты, перидотиты и серпентиниты, обнаженные на дне осевой рифтовой долины и ее стенах всех срединноокеанических хребтов, а также через зоны пересечения этих хребтов с трансформными и другими ТРЗ. СН4/3Не равно 2,6-106 в гидротермальных флюидах, 2,7-106 в базальтовых стеклах, 2,1-106 в “стреляющих” вулканических горных породах упомянутых хребтов, и обогащение метаном обусловлено не термокаталитическим превращением окисленного органического вещества, а дегазацией метана вместе с 3Не из мантии Земли или же высокотемпературным неорганическим синтезом из Н2 и СО2 либо СО [10-12, 16, 22]. В океанической земной коре региональные поля напряжений характеризуются развитием то сжатия, то растяжения, вызывая формирование глобальных линейных зон дробления на глубине от единиц до 700 и 1200 км. В этих зонах широко развиты процессы синтеза нефти и природного газа из неорганических компонентов горных пород, так что в океанической кристаллической земной коре сформированы и продолжают формироваться гигантские и сверхгигантс-кие зоны не только миграции нефти и газа, но и их аккумуляции [2-8, 20].
Об этом свидетельствуют промышленного размера залежи нефти в троге Эсканаба [21, 19, 29] и донных буграх сульфидных руд полиметаллов Калифорнийского залива [29, 30], а также выделение 13-108 м3/год водорода и 16-107 м3 метана вместе с 3Не гидротермами осевой рифтовой долины ВТП [33]. Промышленно нефтеносные бугры сульфидов разбурены скважинами в Калифорнийском заливе глубиной 2000 м. При этой и большей глубоководности уже идет добыча нефти и газа в восьми месторождениях Мексиканского залива — Аконкагуа (глубина залива 2136 м), Атлантис (2165), Гершель (2055), Кингз Пик Ист (2038), Кулон (2292), Кэмдн Хиллз (2195 м), Мэд Дог (2054), Фурье (2118 м) [1], и недалеко, по-видимому, то время, когда нефть и природный газ будут добываться скважинами, пробуренными и в глубоководных активных гидротермальных полях Мирового океана.
1. Гожик П.Ф., Чебаненко И.И., Краюшкин BA. и др. Нефть и газ континентального склона в Мексиканском заливе // Геол. журн. — 2002. — № 4. — С. 7-14.
2. Краюшкин BA. Углеводородная дегазация подводных недр Мирового океана // Азербайджанский геолог. — 1997. — № 1. — С. 11-26.
3. Краюшкин BA. Абиогенно-мантийный генезис нефти. — Киев: Наук. думка, 1984. — 176 с.
4. Краюшкин BA, Кучеров В.Г., Гожик П.Ф. и др. Неорганическое происхождение нефти: от геологической к физической теории // Геол. журн. — 2005. — № 2. — С. 35-43.
5. Порфирьев B.E. Природа нефти, газа и ископаемых углей. Избр. труды. В 2-х томах / Ред.: Е.Ф.Шнюков. Т. 2. Абиогенная нефть. — Киев: Наук. думка, 1987. — 216 с.
6. Порфирьев B.E., Краюшкин BA. Края континентов и плит как глобальные генераторы нефти и газа на шельфе Мирового океана // Повышение эффективности разработки и ускорение ввода в промышленное освоение месторождений газа в Украинской ССР. — Харьков: Ротапринт УкрНИИГаз, 1976. — С. 191-192.
7. Черский H.B., Царев B.n. Первые данные о глобальной зоне генерации и накопления углеводородов в океанической коре // ДАН СССР. — 1989. — 308, № 1. — С. 175-178.
8. Шнюков Е.Ф., Кенни Дж. Ф, Краюшкин BA. К природе газогидратов и нефти // Геол. журн. — 2002. — № 1. — С. 11-18.
9. Barriga F., Costa I., Ribeiro A., et al. The Rainbow serpentines and serpentinite-sulphide stockwork (Mid-Atlantic Ridge, AMAR segment): a preliminary report of the FLORES results // EOS. — 1997. — 78. — P. 832.
10. Charlou J.-L., Donval J.-P, Fouquet Y., et al. Geochemistry of high H2 and CH4 vent fluids issuing from ultramafic rocks at the Rainbow hydrothermal field (36о14 N, MAR) // Chem. Geology. — 2002. — 173. — P. 1-15.
11. Charlou J.-L., Donval J.-P., Douville E, et al. Compared geochemical signature and evolution of Menez Gwen (37о50 N) and Lucky Strike (37о17 N) hydrothermal fluids, south of the Azores Triple Junction on the Mid-Atlantic Ridge // Ibid. — 2000. — 171. — P. 49-75.
12. Charlou J.-L., Fouquet Y, Bougault H., et al. Intense CH4 plumes generated by serpentinization of ultramafic rocks at the intersection of the 15о20 N fracture zone and the Mid-Atlantic Ridge // Geochim. Cosmochim. Acta. — 1998. — 62, No. 31. — P. 2323-2333.
13. Charlou J.-L., Donval J.-P. Hydrothermal methane venting between 12о N and 26о N along the Mid-Atlantic Ridge // J. Geophys. Res. — 1993. — 98, No. 6-8. — P. 9625-9642.
14. Gieskes J.M., Simoneit B.R.T., Brown T., et al. Hydrothermal fluids and petroleum in surface sediments of Guaymas Basin, Gulf of California: a case study // Canad. Mineralogist. — 1988. — 26, Pt. 3. — P. 589-602.
15. Horibe Y., Kim K.R., Craig H. Hydrothermal methane plumes in Mariana back-arc spreading center // Nature. — 1986. — 324. — P. 131-133.
16. Horita J., Berndt M. E. Abiogenic methane formation and isotopic fractionation under hydrothermal conditions // Science. — 1999. — 285. — P. 1055-1057.
17. Jannasch H.W., Mottle M.J. Geomicrobiology of deep-sea hydrothermal vents // Ibid. — 1985. — 229. P. 717-725.
18. Kelley D.S. Methane-rich fluids in the ocean crust // J. Geophys. Res. — 1996. — 10. — P. 2943-2962.
19. Koski RA., Shanks-III W.C., Dohrson WA., et al. The composition of massive sulphide deposits from sediment-covered floor of Escanaba Trough, Gorda Ridge: implications for depositional processes // Canad. Mineralogist. — 1988. — 26, Pt. 3. — P. 827-840.
20. Krayushkin VA, Beloussov V.V., Tanner W.F., et al. Criticism of the Plate Tectonics Theory. — Athens: Theophrastus Publications, 1990. — 435 p.
21. Kvenvolden KA., Simoneit B.R.T. Petroleum from Northeast Pacific Ocean hydrothermal systems in Escanaba Trough and Guaymas Basin // Amer. Assoc. Petrol. Geol. Bull. — 1967. — 71, No. 5. — P. 580-581.
22. Lancet H.S., Anders E. Carbon isotope fractionation in the Fischer-Tropsch synthesis of methane // Science. — 1970. — 170. — P. 980-982.
23. Lonsdale P. A transform continental margin rich in hydrocarbons, Gulf of California // Amer. Assoc. Petrol. Geol. Bull. — 1985. — 69, No. 7. — P. 1160-1180.
24. Mottle M.J. Upwelling of Cl-poor, S-, and C-rich waters through serpentine seamount, Mariana Forearc: ODP Leg 125 // EOS. — 1989. — 70. — P. 1382.
25. Peter J.M., Scott S.D. Mineralogy, composition, and fluid-inclusion microthermometry of seafloor hydrothermal deposits in the Southern Trough of Guaymas Basin, Gulf of California // Canad. Mineralogist. — 1988. — 26, Pt. 3. — P. 567-587.
26. Ramboz C, Oudin E, Thisse Y. Geyser-type discharge in Atlantis-II Deep, Red Sea: evidence of boiling from fluid inclusions in epigenetic anhydrite // Ibid. — P. 765-786.
27. Rona PA. Hydrothermal mineralization at oceanic ridges // Ibid. — P. 431-465.
28. Russell R.O. Effective petroleum source rocks of the world: stratigraphic distribution and controlling depositional factors. Discussion // Amer. Assoc. Petrol. Geol. Bull. — 1992. — 76, No. 10. — P. 1635.
29. Simoneit B.R.T. Petroleum generation in submarine hydrothermal systems: an update // Canad. Mineralogist. — 1988. — 26, Pt. 3. — P. 827-840.
30. Simoneit B.R.T., Lonsdale PA. Hydrothermal petroleum in mineralized mounds at the seabed of Guaymas Basin // Nature. — 1982. — 295, No. 5846. — P. 198-202.
31. Thompson G, Humphris S.E., Schroeder B, et al. Active vents and massive sulphides at 26o N (TAG) and 37o N (Snakepeat) on the Mid-Atlantic Ridge // Canad. Mineralogist. — 1988. — 26, Pt. 3. — P. 697-711.
32. Van Damm K.L., Bray A.M., Buttermore L.G., et al. The geochemical controls on vent fluids from the Lucky Strike vent fluid, Mid-Atlantic Ridge // Earth. Planet. Sci. Letters. — 1998. — 160. — P. 521-536.
33. Velhan JA., Craig H. Methane and hydrogen in East Pacific Rise hydrothermal fluid // Geophys. Res. Letters. — 1979. — 6, No. 11. — P. 829-831.
34. Zierenberg RA, Shanks-III W.C. Isotopic studies of epigenetic feature in metalliferous sediment, Atlantis II Deep, Red Sea // Canad. Mineralogist. — 1988. — 26, Pt. 3. — P. 737-753.
Відповідно до сучасної російсько-української теорії глибинного, небіотичного походження нафти та природного газу, вони утворюються з неорганічних речовин у мантії Землі та мігрують у земну кору внаслідок дегазації підкорової області, що можна якнайкраще бачити в сучасних центрах-осях спредінгу дна Світового океану. Тут гарячі донні гідротерми, виходячи безпосередньо з базальтів, габро, гарцбургітів, дунітів, перидотитів і серпентинітів, є нафтогазоносними і уздовж Східно-Тихоокеанського підняття щорічно виносять 1,3-109 м3 водню, 16-107 м3 метану, а також 3Не.
According to the modern Russian-Ukrainian theory of an abyssal, nonbiotic petroleum origin, oil and natural gas are formed from inorganic matters in the Earth’s mantle and migrate into earth crust because of the subcrust domain outgassing which can be seen best of all in the recent bottom spreading axes-centres of World Ocean. In these places, the hot bottom hydrotherms, issuing directly from basalts, dunites, gabbroes, harzburgites, peridotites, and serpentinites, are petroliferous and vent yearly 1.3-109 cu m of hydrogen, 16-107 cu m of methane as well as 3He along the East Pacific Rise.
