黒海のガスハイドレートシステムを詳しく見る|地学

黒海西部のドナウ川ファンは、過去数年間、いくつかの調査航海の焦点となっています。これらの航海の目的は、海底下の堆積物中のガスハイドレートを調査するための地球物理学的調査データを取得することでした (Hillman et al., 2018a; 2018b; Zander et al. 2017; 2018)。

ガスハイドレートは氷のようなクラスレートであり、炭化水素 (最も一般的にはメタン) を含む水分子のケージで構成されています。それらは、温度が低く圧力が高い堆積物に見られます。したがって、それらは海底下の大陸棚と永久凍土に豊富に存在します。ガスハイドレートは、将来のエネルギー資源としての可能性、斜面の安定性を制御する役割、およびパイプラインや井戸などのオフショアインフラストラクチャへの影響の可能性から、興味深いものです。

黒海西部のドナウ川扇状地は、海底反射 (BSR) をシミュレートする反射、BSR の下の地震データの高振幅異常、海底でのガスフレアの存在など、ガスとガスハイドレートの存在を示す多くの特徴を示しています。以前の研究では、黒海には水柱に溶解した約 96 x 10 kg のメタンが含まれており、堆積物には推定 1 ～ 5 x 10 m のガスハイドレートが含まれていると推定されています (Poort et al., 2005; Starostenko et al., 2010 ）。黒海棚西部とドナウ川扇状地では、最終氷期の極大期以降、いくつかの強い海面変動と湖沼から海洋状態への変化が見られました。しかし、海面上昇と海岸線の後退によりドナウ川ファンが放棄され、ドナウ川ファンへの土砂供給が遮断された過去 7,500 年間、海面、塩分、水温の条件は一定のままでした。

ガスハイドレートの安定性は、圧力 (海面に関連)、温度、塩分、ガス組成、および粒子サイズや空隙率などの堆積物特性など、いくつかの要因の相互作用によって制御されます。 2013 年から 2014 年にかけて、R/V マリア S メリアンはドナウファンから 2D および 3D の地震データを取得しました。焦点を絞った 3D 地震ボリュームは、メインのヴィティーズキャニオンの北にある S2 キャニオン上にあります。 S2 キャニオン周辺の地域は、地質学的に複雑です。キャニオンプロセスの相互作用 (水路の浸食と堤防の堆積)、および大きな堆積物スランプ堆積物の形成をもたらしたいくつかの斜面崩壊イベントにより、堆積物が非常に変化しているからです。

これらのデータは、2015 年に R/V Pourquoi Pas によって取得された熱流測定値と塩分データとともに、ドナウ川扇状地の下のガスハイドレートシステムが現在安定しているか、平衡状態にあるかを調査するために使用されています。地震データで観察されたように、海底下の BSR の深さは、ガスハイドレートシステムが現在の状態では定常状態にないことを示唆しているため、この領域は興味深いものです。一般にガスハイドレート安定帯の底であると解釈されるBSRは、現在の条件に基づいて、キャニオンの下の一部のセクション（堤防とスランプ堆積物の下）で予想よりも深い.ドナウ川ファンは約 7,500 年前に放棄され、S2 キャニオンは約 20,000 年前に切り開かれた可能性が高いため、ガスハイドレートシステムが平衡化するまでに少なくとも 7,500 年かかりました。

この研究では、S2 キャニオン全体の 2D プロファイルの定常状態モデルと過渡状態モデルを使用して、ハイドレート安定ゾーンの範囲と位置を調べました。これは、3D地震データのマッピングと、両方の航海中に収集されたコアサンプルの地球化学分析からの入力を使用して行われました。これらのモデルを使用して、キャニオン付近の不均一な堆積物のさまざまな熱特性や、ハイドレート安定ゾーンの範囲における地熱勾配に焦点を当てた地形など、さまざまな要因の影響を調査することができます。

堆積物の種類が異なれば、含まれる鉱物の種類、および粒子サイズと空隙率の違いにより、熱特性も異なります。水路に堆積した砂などの粗い堆積物は、一般に、堤防堆積物中の泥などの細かい粒子の堆積物よりも熱をよく伝導します。これは、複数の種類の堆積物が存在するため、S2 キャニオンの下の堆積物の地熱特性が大きく異なることを意味します。地形または海底の形状も、海底下の熱流の変化に影響を与える可能性があります。凹状の地形 (すなわち水路) の領域は熱流を集中させ、より浅い深さで高温につながりますが、凸状の地形 (つまり堤防) は熱流の焦点を外します (Poort et al., 2007; Shankar and Riedel, 2010; Tao et al., 2014 ）。

S2キャニオンの下のBSRのマッピングは、現在の条件では明らかに定常状態にないハイドレート安定ゾーンを示しています。しかし、モデリングの結果は、ハイドレートシステムが実際には平衡状態にあるか、少なくとも平衡に近づいている可能性があり、BSR の予想される位置とマッピングされた位置との間の明らかな不一致は、地形の結果である可能性が高いことを示しています。 S2キャニオンの下の熱流の焦点と堆積物の可変熱特性。これは、凸状の地形が地熱勾配の焦点をぼかす結果となる、堤防の下で観測された異常に深い BSR とスランプ堆積物を説明することができます。

参考文献:

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