Об экспедиции 2022

После трёхлетнего перерыва мы наконец-то возвращаемся на Байкал! Долгожданная Седьмая Международная студенческая экспедиция проекта Class@Вaikal состоится с 23 июня по 9 июля 2022 года. В этом году, как и в 2019-м, экспедиция Class@Baikal также является официальным мероприятием международного проекта HOTMUD (From hydrothermal systems to mud volcanoes: Planet-scale impacts of piercements in sedimentary basins), получившего поддержку Исследовательского совета Норвегии. Несмотря на объективные трудности, нам удалось организовать научно-исследовательскую студенческую экспедицию на озере Байкал, которая традиционно пройдет под девизом и по принципу «Training-through-Research» («Обучение-через-Исследование»).

Логотип экспедиции Class@Baikal-2022

Седьмой раз домом Байкальского Плавучего Университета станет научно-исследовательское судно «Г.Ю. Верещагин». В экспедиции примут участие студенты и сотрудники МГУ имени М.В. Ломоносова, ЛИН СО РАН, СПбГУ, ИПНГ РАН, НИУ ВШЭ, CевГУ а также специалисты научной компании Сплит. Многие участники рейса продолжат исследования, начатые в предыдущих экспедициях, когда они были ещё студентами-новичками. Теперь же под их руководством новые студенты будут постигать морскую науку, познакомятся с современными методами геолого-геофизических и геохимических исследований придонных отложений; на практике освоят работу с экспедиционным оборудованием.

Традиционно рейс будет разделён на две части: геофизическую и геологическую. В этом году мы постараемся осуществить нашу давнюю мечту – организовать и провести уникальные геофизические исследования. Подобные работы проводилось на акватории озера Байкал лишь один раз и очень давно – в 1992 году. Мы собираемся привезти и инсталлировать на борту НИС «Г.Ю. Верещагин» систему «тяжёлой» сейсморазведки (пневмоисточники и многоканальные приемники). Работа с таким оборудованием позволит изучить строение осадочного разреза до глубин 1-1,5 км ниже поверхности дна. Полученные данные должны расширить наши представления о тектоническом строении Байкальской котловины, глубине расположения корней грязевых вулканов, границах распространения поддонных скоплений природных газовых гидратов и характере развития осадочных систем глубоководной части озера. Также мы рассчитываем ответить и на многие другие вопросы, накопившиеся у нас за предыдущие шесть экспедиций.

Геологическая часть рейса будет нацелена на изучение особенностей состава и строения донных накоплений и характера рассеянной и фокусированной флюидоразгрузки на дне. Отобранные в рейсе образцы будут детально и комплексно изучены седиментологами, гидрогеологами и геохимиками. Традиционно объектами исследований будут грязевые вулканы, оползневые тела, конуса выноса и области газонефтепроявлений. Также, в этом году мы откроем для себя новое направление исследований – изучение контуритов – и попробуем измерить скорости формирующих их придонных течений.

План геофизических работ в экспедиции Class@Baikal-2022.

Помимо основной научной работы, ежедневно на борту судна будут проходить научные лекции и семинары, на которых участники рейса поделятся своими идеями и предварительными результатами исследований. Экспедиция завершится подготовкой научного отчёта по итогам рейса и публичной его защитой, на которую будут приглашены ученые научно-исследовательских центров Иркутска и все желающие.

За долгий перерыв многое поменялось, но неизменными остаются неиссякаемый оптимизм, исследовательский дух и высокие устремления Байкальского Плавучего Университета!

Район 1. Район грязевых вулканов (Большой, Маленький, Малютка, Старый)

В южной котловине Байкала находится район с грязевыми вулканами, получившими названия - Большой, Маленький, Малютка, Старый [Khlystov et al., 2018]. Вулканы Большой и Маленький уже были объектами изучения предыдущих экспедиций Class@Baikal, в ходе которых были получены данные об их строении и характере флюидоразгрузки. С вулканами Малютка и Старый в проекте Class@Baikal будем знакомиться впервые. В ходе геофизического этапа экспедиции планируется сделать сейсмические разрезы, уточняющие строение грязевых вулканов. Новые данные могут показать положение корней вулканов и характер миграции газа к поверхности дна озера.

Исследования грязевых вулканы в южной котловине озера Байкал в рейсах проекта Class@Baikal. Справа показан разрез через грязевой вулкан Маленький, полученный в рейсе Class@Baikal-2019 с использованием профилографа, с указанием положения станций донного пробоотбора, и цифровая модель рельефа дна в данном районе [Cuylaerts et al., 2012]

Район 2. Район «подъемов» границы BSR

Отражающий горизонт BSR (bottom simulating reflector – отражение, повторяющее рельеф дна), отмечающийся в некоторых районах на сейсмических разрезах, часто является признаком наличия скоплений природных газовых гидратов в верхней части осадочного разреза бассейна [Shipley et al., 1979]. BSR соотносят с нижней границей стабильности газовых гидратов. Выше этой границы в толще осадков распространены гидраты метана - кристаллические соединения, образующиеся при взаимодействии газа и воды при повышенных давлениях и пониженных температурах. Ниже находятся скопления чистого газа. На Байкале горизонт BSR широко распространен, он выделяется на имеющихся сейсмопрофилях по таким признакам, как субпараллельность дну вне зависимости от геометрии слоистости отложений и обратная полярность сейсмического сигнала по отношению к донному отражению. В некоторых местах на Байкале горизонт BSR приобретает отличительную черту – локальный «подъем» к поверхности дна. Это, возможно, свидетельствует о локальном сокращении, утончении зоны стабильности гидратов, что, в свою очередь, может быть вызвано повышенным тепловым потоком, возникающим над современными разрывными нарушениями. В южной части Байкала по архивным данным Геологической службы США USGS [Agena et al., 1992] нами выявлен ряд мест, характеризующихся «поднятием» горизонта BSR. В ходе геофизического этапа экспедиции планируется изучить эти места более детально, т.к. с ними часто ассоциированы грязевые вулканы и/или другие проявления фокусированной флюидоразгрузки на дне. Например, в одном из таких мест находится известный грязевой вулкан Малютка, где сфокусированный флюидопоток привёл к образованию газовых гидратов.

Пример участка поднятия границы BSR в районе грязевого вулкана Малютка (сейсмопрофиль BL92_14) и в другом месте (сейсмопрофиль BL92_26) запланированных исследований

Район 3. Полигон «Еловский»

Район работ с запада ограничен подножием Посольской банки. Здесь в 2007-2008 годах в ходе акустической съёмки с профилографом и гидролокатором бокового обзора были обнаружены структуры на дне озера (акустически прозрачные холмы), аналоги которых ранее не встречались на Байкале. Планомерное изучение этих структур началось в 2015 году в рамках экспедиций проекта Class@Baikal. В районе их распространения выполнены обширные сейсмоакустические исследования на различных частотах и донное опробование ударными трубками.

В результате геофизических исследований обнаружено более 30 структур и установлено, что все они пространственно приурочены к погребённому телу оползневой природы [Буланова, Соловьева, 2019]. Донные отложения, отобранные с поверхности изучаемых холмов, представлены, в основном, чередованием интервалов глинисто-диатомового ила, глинистого ила и алевро-глинистого ила, что весьма типично для современных донных отложений озера. Только в пределах одной структуры был вскрыт нетипичный, «аномальный» разрез, сложенный очень плотной, сухой алевритистой глиной с многочисленными чешуйками слюды [Ахманов и др., 2015].

Пример морфологии структур, обнаруженных на полигоне «Еловский», и иллюстрация их приуроченности к погребённому осадочному телу, вероятно, оползневой природы

В этом году на данном полигоне запланировано выполнение сети профилей через основные структуры с целью установления положения корней данных объектов и подтверждения их связи с погребённым оползневым телом. Результаты исследования позволят выдвинуть новые предположения о механизме формирования данных структур.

Район 4. Сип Красный Яр и Красноярский оползень

Оползень Красноярский располагается в нижней части склона авандельты реки Селенга [Ахманов и др., 2015]. У подножия оползня находится активная зона флюидоразгрузки, получившая название «Красный Яр» [Granin et al., 2010]. Эти объекты изучались в ходе ряда предшествующих экспедиций Class@Baikal. В результате было выдвинуто предположение о связи нестабильности склоновых отложений с повышенным газонасыщением донных илов вблизи зоны активных сипов [Ахманов и др., 2015]. В отложениях оползня были найдены каналы миграции флюидов, типичные для газонасыщенных осадков озера Байкал [Кудаев и др., 2017]. В этом году мы планируем выполнить протяженный сейсмический профиль вдоль оползня с целью лучшего понимания его строения. Также постараемся определить на сейсмических данных положение каналов миграции газов, выходящих на поверхность в данном районе.

Исследование района флюидопроявлений и оползневых процессов «Красный Яр». Слева показан объём работ, выполненных в рамках проекта Class@Baikal. Справа – разрез профилографа через сипы Красный Яр-1, 2, 3 [Хабуев и др., 2016] и сейсмопрофиль через оползень Красноярский с фотографиями каналов фильтрации флюидов и текстурами оползаний в придонных осадках, обнаруженных на станциях донного пробоотбора в рейсах Class@Baikal [Кудаев и др., 2017]

Район 5. Кукуйская грива и прилегающие территории

Район Кукуйской гривы объединяет несколько объектов исследований: оползневой склон Кукуйской гривы и накопления у его подножия; район распространения сипов «К»; Кукуйский каньон, являющийся началом глубоководной осадочной системы Хурай.

Оползневые процессы на склоне Кукуйской гривы

В 2009 г. в ходе съемки дна многолучевым эхолотом сотрудниками ЛИН СО РАН в совместной экспедиции с бельгийскими учеными получены батиметрические данные высокого разрешения, которые позволили обнаружить на северо-западном склоне Кукуйской Гривы признаки современных масштабных субаквальных оползаний [Casier, 2010]. Детальные исследования района выполнены в 2014-2015 годах в экспедициях проекта Class@Baikal. По результатам экспедиционных исследований было выполнено детальное сейсмофациальное районирование склона Кукуйской гривы [Соловьева и др., 2016]. В 2018 году в данном районе были проведены исследования более низкочастотным методом, и это позволило обнаружить у подножия Кукуйской гривы крупное погребённое акустически-прозрачное осадочное тело, к которому приурочены субвертикальные зоны осветления в вышележащем разрезе. Также, на данной территории обнаружено несколько структур в виде холмов на дне глубоководной части озера, которые связаны с описанным выше телом субвертикальными каналами.

Акустически прозрачное тело (показано желтой заливкой) у подножия Кукуйской гривы и приуроченные к нему субвертикальные области снижения амплитуд (показаны стрелками), обнаруженные в экспедиции Class@Baikal-2018

В рамках экспедиции Class@Baikal-2022 планируется выполнить несколько геофизических профилей в продольном и поперечном сечении акустически прозрачного тела. Низкочастотная методика съёмки позволит увеличить глубинность исследования и определить конфигурацию подошвы описанного тела, а также проследить, до какой глубины распространяются субвертикальные зоны осветления. Наши исследования также дополнят существующие представления об эволюции авандельты реки Селенги и особенностях её оползневой деструкции, в том числе, и на участке Кукуйской гривы.

Район распространения сипов «К»

Южный борт Кукуйского каньона характеризуется распространением многочисленных структур флюидоразгрузки: сипы, грязевые вулканы, газогидратные холмы, покмарки [Khlystov et al., 2018]. В 12-ти из них донным опробованием подтверждено наличие газовых гидратов в приповерхностных осадках – эти структуры называются «К-1» ... «К-12».

Распространение гидратоносных структур на озере Байкал по [Khlystov et al., 2018] и трёхмерное изображение структур «К-2», «К-3», «К-4» в районе Кукуйского каньона [Cuylaerts et al., 2012]

В рамках экспедиции Class@Baikal-2022 планируется провести геофизические исследования с целью изучения осадочного разреза в районе распространения данных структур и определения конфигурации и глубины расположения их корней.

Район 6. Глубоководная осадочная система Хурай, разлом Гидратный

В данном районе работ на небольшой площади сконцентрировано большое количество интересных объектов, которые из года в год изучаются в рейсах проекта Class@Baikal: глубоководная осадочная система Хурай, Гидратный разлом и приуроченные к нему структуры флюидоразгрузки – грязевые вулканы и сипы МГУ, Новосибирск, Санкт-Петербург и Ухан.

Глубоководная осадочная система Хурай

На детальной батиметрической карте озера Байкал, созданной в рамках Программы РАН 17.8 (2009) и проекта FWO Flanders (1.5.198.09) (http://lin.irk.ru/multibeam/ru/) можно обнаружить множество интересных объектов. Среди прочих, на ней был выделен современный эрозионный врез, рассекающий тектоническую ступень на дне Байкала на траверсе пади Ташкиней острова Ольхон. С 2014 года начались ежегодные систематические геолого-геофизические исследования данного района в рамках проекта Class@Baikal, в ходе которых было установлено, что данный врез является частью глубоководной осадочной системы, которая получила название Хурай [Ахманов и др., 2014]. Детальное картирование русел осадочной системы показало, что она обладает уникальным строением, отличающимся от классических систем глубоководных конусов выноса, наличием каньона в дистальной части, переплетающимся комплексом русел и принципиально различными источниками сноса терригенного материала – река Селенга на юго-восточном борту озера и временные водотоки и малые реки северо-западного борта.

Важной особенностью данной системы является её развитие на поднятом тектоническом блоке, который изолирует её от остальной части байкальской котловины. Данная тектоническая ступень ограничена современным активным разломом, отчётливо выраженным в рельефе дна на протяжении более чем 60 км.

По всей видимости, источники терригенного материала, характер его мобилизации, особенности транспортировки и меняющаяся морфология всей системы определяются активными неотектоническими процессами.

Запланированные геофизические профили в районе развития глубоководной осадочной системы Хурай и примеры каналов, обнаруженных в предыдущих рейсах проекта Class@Baikal на данных профилографа

Исследования глубокого интервала разреза, которые планируется выполнить в рейсе Class@Baikal-2022, нацелены на определении длительности развития осадочной системы Хурай и её эволюции. Будет выполнено несколько геофизических профилей в различных частях системы: через основной питающий каньон (Кукуйский каньон) в его центральной и устьевой части, в транзитной части системы (зоне развития русловой системы) и в области распространения лопастей конуса выноса дистальной части. Данные исследования дополнят представления о строении осадочной системы в различных частях, возрасте и ключевых событиях в истории её развития.

Гидратный разлом и структуры флюидоразгрузки

В 2002 году в ходе батиметрической съёмки дна озера Байкал в рамках совместного российско-бельгийского проекта ИНТАС была детально закартирована выраженная в рельефе дна ступень тектонического происхождения [De Batist et al., 2002]. Помимо того, что на данной ступени развивается изолированная осадочная система Хурай, вдоль разлома, формирующего ступень, расположены зоны фокусированной разгрузки углеводородов: грязевые вулканы «Новосибирск», «Санкт-Петербург» и «Ухан», а также гидратоносный сип «МГУ», открытый в ходе экспедиции Class@Baikal в 2018 году [Ахманов и др., 2018]. Во всех этих структурах были обнаружены приповерхностные газовые гидраты, в связи с чем разлом получил название Гидратный [Хлыстов, 2018].

Карта разломов глубоководной части средней котловины Байкала, оперяющих разлом Гидратный [Solovyeva et al., 2020], с расположения крупных структур флюидоразгрузки [Khlystov et al., 2018] и положением геофизических профилей, запланированных на рейс Class@Baikal-2022 (желтые линии)

Очень детально разлом Гидратный с окаймляющей разломной зоной и особенности флюидоразгрузки вдоль неё были изучены в экспедиции Class@Baikal-2019. В ходе рейса была отработана серия геофизических и геохимических профилей поперек Гидратного разлома в разных его частях. Полученные данные позволили детально закартировать разломы, оперяющие Гидратный [Solovyeva et al., 2020] и определить характер миграции углеводородных флюидов по основному и второстепенным разломам [Видищева и др., 2021].

Сейсмоакустический профиль через разлом Гидратный в месте формирования структуры МГУ и профиль значений максимальной концентрации метана в опробованных отложениях [Видищева и др., 2021]. Данные Class@Baikal

В рамках экспедиции Class@Baikal-2022 будут продолжены исследования с особым фокусом на структурах флюидоразгрузки МГУ, Санкт-Петербург, Новосибирск и Ухан. Основной целью исследований является определение глубины расположения корней грязевых вулканов. На структуре МГУ запланировано проведение обширных работ по отбору проб донных осадков.

Район 7. Район нефтепроявлений Горевой Утёс

В окрестностях мыса Горевой утес находится зона активной флюидоразгрузки, где на поверхность дна выходят нефть и газ. Кроме того, в данном районе были обнаружены газовые гидраты в приповерхностных осадках. Район «Горевой Утес» изучался в ходе геофизических, геологических, геохимических исследований в предыдущих экспедициях Class@Baikal. Важной задачей экспедиции этого года является изучение глубинного строения осадочного чехла в зоне флюидоразгрузки с помощью сейсморазведки, которая может помочь определить каналы миграции, по которым углеводороды поступают на поверхность.

Положение геофизических профилей, запланированных для отработки в рейсе Class@Baikal-2022 на Горевом Утёсе

Район 8. Академический хребет

Академический хребет представляет собой линейно вытянутое поднятие, отделяющее центральную часть Байкала от северной. Данная структура ранее не изучалась в ходе экспедиций Class@Baikal. Таким образом, в этом году мы расширяем географию наших исследований. Данный объект интересен тем, что к нему, возможно, приурочены контуритовые отложения – осадки, перемещаемые и откладываемые придонными течениями. В задачи нашей экспедиции будет входить исследование формы контуритовых отложений с помощью сейсморазведки, а также новое направление – измерение течений, которые и создают такие осадочные тела.

Контуриты на Академическом хребте [Ceramicola et al., 2001]

Список литературы:

Ахманов Г.Г., Хлыстов О.М., Соловьева М.А., Ефремов В.Н., Видищева О.Н., Маццини А., Кудаев А.А., Буланова И.А., Барымова А.А., Гордеев Е.К., Деленгов М.Т., Егошина Е.Д., Сорокоумова Я.В., Понимаскин П.О. Открытие новой гидратоносной структуры на дне оз. Байкал // Вестн. Моск. Ун-та. Сер. 4. Геология. 2018. №5. с. 111-116.

Ахманов, Г. Г., Хлыстов, О. М., Токарев, М. Ю. и участники Class@Baikal-2014 (2014). Первая экспедиция Байкальского Плавучего Университета: современное осадконакопление и зоны фокусированной разгрузки углеводородов и газогидратообразования на дне озера. В сб. Материалы III Международной молодежной научно-практической конференции "Морские исследования и образование" (Москва, 22-24 октября 2014 г.), с. 19–23. Москва.

Ахманов Г.Г., Хлыстов О.М. и участники TTR-Class@Baikal-2015. (2015) Проект Glass@Baikal: развивая традиции Международной программы "Обучение-через-исследования (Плавучий Университет)" // Сб.: Труды IV Международной научно-практической конференции "Морские исследования и образование (MARESEDU)". – М.: Феория, 2015. – С. 29-33.

Буланова И.А., Соловьева М.А. Диапироподобные структуры района Еловский (оз. Байкал): возможный механизм образования // Материалы Международного молодежного научного форума «ЛОМОНОСОВ-2019» / Отв. ред. И.А. Алешковский, А.В. Андриянов, Е.А. Антипов. [Электронный ресурс]. – М: МАКС Пресс, 2019.

Видищева О.Н., Ахманов Г.Г., Соловьева М.А., Маццини А., Хлыстов О.М., Егошина Е.Д., Кудаев А.А., Корост Д.В., Полудеткина Е.Н., Морозов Н.В., Григорьев К.А. Особенности разгрузки углеводородных газов вдоль разлома Гидратный (озеро Байкал). Вестн. Моск. Ун-та. Сер. 4. Геология. 2021. № 3. С. 3-16.

Кудаев А. А., Корост Д.В., Ахманов Г.Г., Хлыстов О.М. Аутигенная минерализация в зонах фокусированной разгрузки углеводородов озера Байкал // В сб. Комплексные исследования Мирового океана. Материалы II Всероссийской научной конференции молодых ученых, г. Москва, 10-14 апреля 2017 г. [Электронный ресурс]. – Москва: ИО РАН – 2017. – С. 478-479.

Соловьева М.А., Старовойтов А.В., Ахманов Г.Г., Хлыстов О.М., Хабуев А.В., Токарев М.Ю., Ченский Д.А. История оползневой деструкции склона Кукуйской гривы (оз. Байкал) по данным сейсмоакустических исследований // Вестн. Моск. Ун-та. Сер. 4. Геология. 2016. № 5, с. 47-59.

Хабуев А.В., Ченский Д.А., Соловьева М.А., Белоусов О.В., Кононов Е.Е., Хлыстов О.М. Оценка ресурсов газовых гидратов геофизическими методами в зоне подводной разгрузки газа на сипе «Красный яр» озера Байкал // Известия Сибирского отделения Секции наук о Земле РАЕН, 2016, № 1 (54), с. 67-74.

Хлыстов О.М. Гидратоносность и тектоника средней котловины оз. Байкал // Труды VII Международной научно-практической конференции “Морские исследования и образование (MARESEDU-2018)” Том II (IV): [сборник]. Тверь: ООО «ПолиПРЕСС», 2019, с. 41-44.

Agena W.F., Lee M.W., Miller J.J., Hutchinson D. R. Lake Baikal, 1992; processing of multichannel seismic reflection data. Open-File Report 94-263.

Casier R., Naudts L., Cuylaerts M. et al. Reassesment of gas hydrate occurrences in Lake Baikal based on the analysis of BSRs on 180 seismic reflection profiles and on the identification of submarine landslides // Book of abstracts of the 10th Intern. Conf. on Gas in Marine Sediments. Иркутск: Аспирант, 2010. P. 95–96.

Ceramicola S., Rebesco M., De Batist M., Khlystov O. Seismic evidence of small-scale lacustrine drifts in Lake Baikal (Russia). // Marine Geophysical Researches, 2001, №22, pp. 445–464.

Cuylaerts M., Naudts L., Casier R., Khabuev A.V., Belousov O.V., Kononov E.E., Khlystov O., De Batist M. Distribution and morphology ofmud volcanoes and other fluid flow-related lake-bed structures in Lake Baikal, Russia // Geo-Mar Lett, 2012, №32, pp. 383–394.

De Batist M. et al. Active hydrate destabilization in Lake Baikal, Siberia //Terra Nova, 2002, №. 6, pp. 436-442.

Farr, T. G., Rosen, P. A., Caro, E., Crippen, R., Duren, R., Hensley, S., Alsdorf, D. The shuttle radar topography mission // Reviews of geophysics, 2007, 45(2).

Granin N.G., Makarov M.M., Kucher K.M., Gnatovsky R.Y. Gas seeps in Lake Baikal-detection, distribution, and implications for water column mixing // GEO-MARINE LETTERS. 2010. – Т. 30. – № 3-4. – С. 399-409.

Hutchinson D.R., Golmshtok A.J., Zonenshain L.P., Moore T.C., Scholz C.A., Klitgord K.D. Depositional and tectonic flamework of the rift basins of Lake Baikal from multichannel seismic data. // Geology, 1992, pp. 589-592.

Khlystov O.M., Khabuev A.V., Minami H., Hachikubo A., Krylov A.A. Gas hydrates in Lake Baikal // Limnology and Freshwater Biology, 2018, pp. 66-70.

Shipley T.H., Houston M.H., Buffler R.T. et al. Seismic evidence for widespread possible gas hydrate horizons on continental slopes and rises // AAPG bulletin. – 1979. – V. 63. – No. 12. – P. 2204-2213.

Solovyeva M.A., Akhmanov G.G., Mazzini A., Khabuev A.V., Khlystov O.M. The Gydratny Fault zone of Lake Baikal // Limnology and Freshwater Biology, 2020, pp. 368-373.