Isotope characteristics (δ17O, δ18O, δD) of liquid and bound waters of the clay fraction of mud volcanoes in the southern part of the West Kuban trough
N. A. Kharitonova,
G. А. Chelnokov,
E. S. Kazak,
A. V. Aseeva,
A. V. Ermakov,
A. A. Karabtsov,
V. Yu. Lavrushin https://doi.org/10.55959/MSU0579-9406-4-2026-65-1-49-61
Abstract
The present paper provides novel isotopic data on the water composition of mud volcanoes located in the southern sector of the West Kuban Trough. For the first time, stable isotope ratios of oxygen and hydrogen (δ¹7O, δ¹8O, and δD) were determined jointly for both free and clay-bound water fractions, experimentally extracted using a direct evaporation technique from clay pulp samples at 105 °C and 350 °C. The obtained results demonstrate that dehydration waters released during the smectite–illite transformation contribute negligibly to the overall water budget of the mud volcanoes in the Kerch–Taman region. The isotopic signatures indicate that the formation of mud volcano waters is primarily controlled by the mixing of infiltrating meteoric waters, seawater, and physically bound waters of clays liberated under natural substrate heating up to approximately 150 °C.
Keywords
About the Authors
N. A. Kharitonova
Lomonosov Moscow State University ; Far Eastern Geological Institute FEB RAS
Russian Federation
Russian Federation
Natalya A. Kharitonova
Moscow; Vladivostok
G. А. Chelnokov
Geological Institute, Russian Academy of Sciences
Russian Federation
Russian Federation
Georgiy А. Chelnokov
Moscow
E. S. Kazak
Lomonosov Moscow State University
Russian Federation
Russian Federation
Ekaterina S. Kazak
Moscow
A. V. Aseeva
Far Eastern Geological Institute FEB RAS
Russian Federation
Russian Federation
Anna V. Aseeva
Vladivostok
A. V. Ermakov
Lomonosov Moscow State University ; Geological Institute, Russian Academy of Sciences
Russian Federation
Russian Federation
Aleksandr V. Ermakov
Moscow
A. A. Karabtsov
Far Eastern Geological Institute FEB RAS
Russian Federation
Russian Federation
Aleksandr A. Karabtsov
Vladivostok
V. Yu. Lavrushin
Geological Institute, Russian Academy of Sciences
Russian Federation
Russian Federation
Vasiliy Yu. Lavrushin
Moscow
References
1. Алиев Ад.А., Гулиев И.С., Дадашев Ф.Г., Рахманов Р.Р. Атлас грязевых вулканов мира. Баку: Nafta-Press, 2015. 322 с.
2. Валяев Б.М., Гринченко Ю.И., Ерохин В.Е. и др. Изотопный облик газов грязевых вулканов // Литология и полезные ископаемые. 1985. № 1. С. 72–87.
3. Казак Е.С., Казак А.В., Родькина И.А. и др. Вода баженовской свиты. Опыт и результаты комплексных исследований. М.: ООО «Группа Ремедиум», 2023. 151 с.
4. Казак Е.С., Родькина И.А., Сорокоумова Я.В. Лабораторные методы определения содержания воды низкопроницаемых породах-коллекторах // Вест. Моск. ун-та. Сер. 4. Геология. 2022. № 6. С. 56–70.
5. Корсаков С.Г., Белуженко Е.В., Черных В.И. и др. Государственная геологическая карта Российской Федерации масштаба 1:200000. 2-е изд. Серия Кавказская. Объяснительная записка [Электронный ресурс] Минприроды России, Роснедра, ГНЦ ФГУГП «Южморгеология», ФГУГП «Кавказгеолсъемка». Электрон. текстовые дан. М.: Московский филиал ФГБУ «ВСЕГЕИ», 2021.
6. Лаврушин В.Ю., Айдаркожина А.С., Сокол Э.В. и др. Грязевулканические флюиды Керченско-Таманской области: геохимические реконструкции и региональные тренды. Сообщение 1. Геохимические особенности и генезис грязевулканических вод // Литология и полезные ископаемые. 2021. № 6. С. 485–512.
7. Лаврушин В.Ю., Дубинина Е.О., Авдеенко А.С. Изотопный состав кислорода и водорода вод грязевых вулканов Тамани (Россия) и Кахетии (Восточная Грузия) // Литология и полезные ископаемые. 2005. № 2. С. 143−158.
8. Лаврушин В.Ю., Koпф A., Дейхле A., Степанец M.И. Изотопы бора и формирование грязевулканических флюидов Тамани (Россия) и Кахетии (Грузия) // Литология и полезные ископаемые. 2003. № 2. С. 147−182.
9. Осипов В.И., Соколов В.Н. Глины и их свойства. М.: ГЕОС, 2013, 576 с.
10. Попков В.И., Попков И.В. Структурно-тектонические предпосылки нефтегазоносности и возможные типы ловушек нефти и газа в складчато-орогенных зонах на примере Северо-Западного Кавказа// Нефтегазовая геология. Теория и практика. 2017. Т. 12, № 2. С. 8.
11. Селецкий Ю.Б. Дегидратация глин как возможный фактор формирования изотопного состава глубоких подземных вод // Водные ресурсы. 1978. № 3. С. 148−152.
12. Селецкий Ю.Б. Дейтерий и кислород-18 в проблеме формирования вод грязевых вулканов // Известия АН СССР. Серия геологическая. 1991. № 5. С. 133−138.
13. Челноков Г.А., Харитонова Н.А., Лаврушин В.Ю. и др. Редкоземельные элементы в водах грязевых вулканов Керченско-Таманской области // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 4. Геология. 2023. № 5. С. 58–71.
14. Шнюков Е.Ф., Соболевский Ю.В., Гнатенко Г.И. и др. Грязевые вулканы Керченско-Таманской области (атлас). Киев: Наукова Думка, 1986. 148 с.
15. Шнюков Е.Ф., Шереметьев В.М., Маслаков Н.А. и др. Грязевые вулканы Керченско-Таманского региона. Краснодар: ГлавМедиа, 2005. 176 с.
16. Якубов А.А., Григорьянц Б.В., Алиев А.Д. и др. Грязевой вулканизм Советского Союза и его связь с нефтегазоносностью. Баку: ЭЛМ, 1980. 165 с.
17. Aron P.G., Levin N.E., Beverly E.J., et al. Triple oxygen isotopes in the water cycle // Chemical Geology, V. 565, 2021, 120026, https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2020.120026.
18. Bauer K.K., Vennemann T.W. Analytical methods for the measurement of hydrogen isotope composition and water content in clay minerals by TC/EA. Chemical Geology. 2014, 363, 229–240. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2013.10.039
19. Cases J.M., B´erend I., François M., et al. Mechanism of adsorption and desorption of water vapor by homoionic montmorillonite: 3. The Mg2+, Ca2+, Sr2+ and Ba2+ exchanged forms // Clay Clay Miner. 1997. 45 (1), 8–22.
20. Hubert F., Caner L., Meuner A., Ferrage E. Unraveling complex <2μm clay mineralogy from soils using X-ray diffraction profile modeling on particle-size sub-fractions: Implications for soil pedogenesis and reactivity // American Mineralogist. 2012. V. 97. P. 384–398.
21. Emmerich K., Giaudo N., Schuhmann R., et al. On the Prediction of Water Contents in Na-Saturated Dioctahedral Smectites // J. Phys. Chem. C. 2018, 122(13), 7484–7493.
22. Ferrage E., Lanson B., Michot J. L., Robert J.-L. Hydration properties and interlayer organization of water and ions in synthetic Na-smectite with tetrahedral layer charge. Part 1. Results from X-ray diffraction profile modeling // J. Phys. Chem. C. 2010, 114, 4515–4526.
23. Kanik N.J., Longstaffe F.J., Kuligiewicz A., Derkowski A. Systematics of smectite hydrogen-isotope composition: Structural hydrogen versus adsorbed water // Applied Clay Science. 2022. 216. 106338. https://doi.org/10.1016/j.clay.2021.106338
24. Kazak E.S., Kazak A.V. A novel laboratory method for reliable water content determination of shale reservoir rocks // Journal of Petroleum Science and Engineering. 2019, Т. 106301.
25. Kuligiewicz A., Derkowski A. Tightly bound water in smectites // Am. Mineral. 2017. 102 (5), 1073–1090.
26. Nyamgerel Y., Han Y., Kim M., Koh D., Lee J. Review on Applications of 17O in Hydrological Cycle // Molecules. 2021. 26. 4468. https://doi.org/10.3390/molecules26154468
27. Srodo´n, J., McCarty, D.K. Surface area and layer charge of smectite from CEC and EGME/H2O-retention measurements // Clay Miner. 2008. 56 (2). 155–174.
28. Surma J., Assonov S., Staubwasser M. Triple Oxygen Isotope Systematics in the Hydrologic Cycle // Reviews in Mineralogy & Geochemistry. 2021. Vol. 86. P. 401–428, http://dx.doi.org/10.2138/rmg.2021.86.12
29. VanDeVelde J.H., Bowen G.J. Effects of chemical pretreatments on the hydrogen isotope composition of 2:1 clay minerals: Clay mineral isotope treatment effects. Rapid Commun. Маss Spectrom. 2013, 27(10), 1143–1148. https://doi.org/10.1002/rcm.6554
30. Whittaker M. L., Shoaib M., Lammers L.N., et al. Smectite phase separation is driven by hydration-mediated interfacial charge // J. Colloid Interface Sci. 2023. 647. 406–420. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2023.05.085
Review
For citations:
Kharitonova N.A., Chelnokov G.А., Kazak E.S., Aseeva A.V., Ermakov A.V., Karabtsov A.A., Lavrushin V.Yu. Isotope characteristics (δ17O, δ18O, δD) of liquid and bound waters of the clay fraction of mud volcanoes in the southern part of the West Kuban trough. Moscow University Bulletin. Series 4. Geology. 2026;65(1):49-61. (In Russ.) https://doi.org/10.55959/MSU0579-9406-4-2026-65-1-49-61
Views:
113
JATS XML
Email this article 
