Hydrocarbon gas seepage along the Gydratny Fault (Lake Baikal)

The Gydratny Fault, extending in SW-NE over 60 km, is situated in the central basin of Lake Baikal. This fault governs a distribution of hydrocarbon gas discharge zones on the lake bottom, many of them are hydrate-bearing. During the Class@Baikal-2019 expedition gas samples were obtained from bottom sediments along the fault zone, molecular and isotopic properties of the gases were studied. It is concluded that the fault zone is permeable for hydrocarbons and serves as an important fluid flow conduit from deep sources to the surface. The most intensive gas seepage was determined along the central and north-eastern segments of the fault zone where it is associated with the MSU hydrate-bearing structure and the Novosibirsk and Ukhan mud volcanoes. Within these structures the highest concentrations of methane and C2+ components were detected, the heaviest isotopic composition of methane carbon (–57‰ VPDB) were identified and near-surface gas hydrate accumulations were observed. The south-western segment of the fault is characterized by the lowest concentrations of gases in sediments with light carbon isotopic composition of methane (–76‰ VPDB).

A dominant gas migration mechanism (advection or diffusion) in the upper part of the basin sedimentary section conditions the registered concentrations of methane and its homologues in sediments and their carbon isotopic composition. Diffusion and dispersion of migrated thermogenic gases and significant portion of microbial methane in seeping gases are characteristic for the areas where the fault is buried under relatively thick modern sediments. Focused gas migration followed by its focused discharge are specific for the areas where the fault propagates to the lake floor and is well-expressed in a bottom relief. Two models of hydrocarbon gases migration to the surface explaining the observed gas-geochemical characteristics of bottom sediments are described and discussed. Obtained results can help in enhancing interpretation of data of gas geochemical prospecting for offshore oil and gas.

1. Ахманов Г.Г., Хлыстов О.М., Соловьева М.А. и др. Флюидоразгрузка на дне Байкала: результаты экспедиции Class@Baikal-2019 // Тр. VIII Междунар. научн.- практ. конф. «Морские исследования и образование (MARESED-2019)». Т. 2. Тверь: ООО «ПолиПресс», 2019. С. 36–40.

2. Ахманов Г.Г., Хлыстов О.М., Соловьева М.А. и др. Открытие новой гидратоносной структуры на дне оз. Байкал // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 4. Геология. 2018. № 5. С. 111–116.

3. Большаков А.М., Егоров А.В. Об использовании методики фазово-равновесной дегазации при газметрических исследованиях в акваториях // Океанология. 1987. Т. 37, № 5. С. 861–862.

4. Галимов Э.М. Геохимия стабильных изотопов углерода. М.: Недра, 1968. 226 с.

5. Гранин Н.Г., Гранина Л.З. Газовые гидраты и выходы газов на Байкале // Геология и геофизика. 2002. Т. 43 (7). С. 629–637.

6. Горшков А.Г., Хлыстов О.М., Земская Т.И., Москвин В.И. Фракционирование нефти на глубоководных участках нефтепроявлений озера Байкал // Успехи органической геохимии: Мат-лы Всеросс. науч. конф. (11–15 октября 2010 г.). М., 2010. С. 116–119.

7. Калмычков Г.В., Егоров А.В., Кузьмин М.И., Хлыстов О.М. Генетические типы метана озера Байкал // Докл. РАН. 2006. Т. 411, № 5. С. 672–675.

8. Калмычков Г.В., Покровский Б.Г., Хачикубо А., Хлыстов О.М. Геохимические характеристики метана из осадков подводной возвышенности Посольская банка (озеро Байкал) // Литология и полезные ископаемые. 2017. № 2. С. 121–129.

9. Каширцев В.А., Конторович А.Э., Москвин В.И. и др. Терпаны нефтепроявлений озера Байкал // Нефтехимия. 2006. Т. 46, №. 4. С. 243–250.

10. Конторович А.Э., Каширцев В.А., Москвин В.И. и др. Нефтегазоноcноcть отложений озеpа Байкал // Геология и геофизика. 2007. Т. 48, № 12. С. 1346–1536.

11. Логачев Н.А. История и геодинамика Байкальского рифта // Геология и геофизика. 2003. Т. 44, № 5. С. 391–406.

12. Мац В.Д., Уфимцев Г.Ф., Мандельбаум М.М. и др. Кайнозой Байкальской рифтовой впадины: Строение и геологическая история. Новосибирск: Изд-во СО РАН, филиал «Гео», 2001. 252 с.

13. Пуцилло В.Г., Миронов С.И. Нефти, битумы и битуминозные породы района оз. Байкал // Нефти и битумы Сибири. М.: Изд-во АН СССР, 1958. С. 7–53.

14. Самсонов В.В. Генетическая классификация газопроявлений юго-восточного побережья Байкала // Геология и геофизика. 1963. № 7. С. 32.

15. Хлыстов О.М. Гидратоносность и тектоника средней котловины озер Байкал // Тр. VII Междунар. науч.- практ. конф. «Морские исследования и образование (MARESEDU-2018)». Т. 2. Тверь: ООО «ПолиПРЕСС», 2018. С. 41–42.

16. Хлыстов О.М., Горшков А.Г., Егоров А.В. и др. Нефть в озере мирового наследия // Докл. РАН. 2007. Т. 414, № 5. С. 1–4.

17. Хлыстов О.М., Земская Т.И., Ситникова Т.Я. и др. Донные битумные постройки и населяющая их биота по данным обследования озера Байкал с глубоководных обитаемых аппаратов «МИР» // Докл. РАН. 2009. Т. 428, № 5. С. 1–4.

18. Cuylaerts M., Naudts L., Casier R. et al. Distribution and morphology of mud volcanoes and other fluid flow-related lake-bed structures in Lake Baikal, Russia // Geo-Marine Lett. 2012. Vol. 32, N 5. P. 383–394.

19. Janiga M., Kania M., Matyasik I. The isotopic composition of gaseous hydrocarbons — tool for polish shale gas system evaluation // Nafta-Gaz. 2015. Vol. 6. P. 370–375.

20. Hachikubo A., Khlystov O., Krylov A. et al. Molecular and isotopic characteristics of gas-hydrate bound hydrocarbons in southern and central Lake Baikal // Geo-Marine Lett. 2010. Vol. 30, N 3-4. P. 321–329.

21. Hutchinson D.R., Gol’mshtok A.Yu., Zonenshain L.P. et al. Depositional and tectonic framework of the rift basins of Lake Baikal from multichannel seismic // Geology. 1992. Vol. 20. P. 589–592.

22. Khlystov O.M., Khabuev A.V., Minami H. et al. Gas hydrates in Lake Baikal // Limnology and Freshwater Biology. 2018. Vol. 1. P. 66–70.

23. Levi K., Babushkin S., Badardinov A. et al. Active Baikal tectonics // Russ. Geol. and Geophys. (Geologiya i Geofizika). 1995. Vol. 36. P. 143–154.

24. Milkov A., Etiope G. Revised genetic diagrams for natural gases based on a global dataset of > 20,000 samples // Organic Geochem. 2018. Т. 125. P. 109–120.

25. Solovyeva M.A., Akhmanov G.G., Mazzini A. et al. The Gydratny Fault zone of Lake Baikal // Limnology and Freshwater Biology. 2020. Vol. 1. P. 368–373.

26. Whiticar M.J. Correlation of natural gases with their sources // The petroleum system — from source to trap // AAPG Mem. 1994. Vol. 60. P. 261–284.