А.А. Крылов, Е.А. Логвина
Роль углеводородов в кристаллизации икаита (СаСО3 ∙ 6Н2О)
DOI 10.47148/0016-7894-2026-2-95-105
Ключевые слова: икаит; углеводороды; изотопы кислорода и углерода; метан; аутигенные карбонаты.
Для цитирования: Крылов А.А., Логвина Е.А. Роль углеводородов в кристаллизации икаита (СаСО3 ∙ 6Н2О) // Геология нефти и газа. – 2026. – № 2. – С. 95–105. DOI: 10.47148/0016-7894-2026-2-95-105.
Финансирование: Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда, грант № 23-27-00457.
В статье показано влияние углеводородов на процесс формирования гексагидрата карбоната кальция – икаита (СаСО3 ∙ 6Н2О), часто встречающегося в отложениях полярных и субполярных морей. Актуальность исследования определяется влиянием процессов генерации и окисления углеводородов на увеличение содержания растворенного неорганического углерода, что способствует образованию аутигенных карбонатов. По этой причине карбонаты являются основными аутигенными минералами газовых сипов и грязевых вулканов, а также часто встречаются в скважинах, пробуренных в пределах нефтегазовых месторождений. Рассмотрена диагенетическая деструкция органического вещества донных отложений в зоне сульфат-редукции в качестве основной причины кристаллизации икаита, так как данный процесс приводит к поступлению в поровую воду фосфат-иона, ингибирующего «безводные» карбонаты кальция. Другим механизмом стабилизации икаита является микробная генерация метана ниже зоны сульфат-редукции, также способствующая увеличению концентраций фосфат-иона. При анаэробном окислении метана фосфат-ион не выделяется, поэтому данный процесс может быть лишь вспомогательным фактором формирования икаита, отвечающим за повышение общей щелочности. Теоретически икаит может кристаллизоваться при образовании или разрушении газовых гидратов, что должно проявляться в виде аномального изотопного состава кислорода и водорода (δ18О и δD).
Крылов Алексей Алексеевич ORCiD Scopus
Кандидат геолого-минералогических наук,
ведущий научный сотрудник
ФГБУ «ВНИИОкеангеология»,
190121 Санкт-Петербург, набережная реки Мойки д. 124 лит. А
e-mail: akrylow@mail.ru
SPIN-код: 6932-8599
Логвина Елизавета Александровна ORCiD Scopus
Кандидат геолого-минералогических наук,
ведущий научный сотрудник
ФГБУ «ВНИИОкеангеология»,
190121 Санкт-Петербург, набережная реки Мойки д. 124 лит. А
e-mail: liza_logvina@mail.ru
SPIN: 9341-0621
1. Huggett J.M., Schultz B.P., Shearman D.J., Smith A.J. The petrology of ikaite pseudomorphs and their diagenesis // Proceedings of the Geologists’ Association. – 2005. – Т. 116. – № 3–4. – С. 207–220.
2. Rogov M., Ershova V., Vereshchagin O., Vasileva K., Mikhailova K., Krylov A. Database of global glendonite and ikaite records throughout the Phanerozoic // Earth System Science Data. – 2021. – № 13. – С. 343–356. DOI: 10.5194/essd-13-343-2021.
3. Rogov M., Ershova V., Gaina C., Vereshchagin O., Vasileva K., Mikhailova K., Krylov A. Glendonites throughout the Phanerozoic // Earth-Science Reviews – 2023. – Т. 241(104430). – С. 1–32. DOI: 10.1016/j.earscirev.2023.104430.
4. Vickers M.L., Vickers M., Rickaby R.E.M. и др. The ikaite to calcite transformation: Implications for palaeoclimate studies // Geochimica et Cosmochimica Acta – 2022. – Т. 334. – С. 201–216.
5. Каплан М.Е. Кальцитовые псевдоморфозы (псевдогейлюссит, яровит, тинолит, глендонит, геннойши, беломорские рогульки) в осадочных породах. Происхождение псевдоморфоз // Литология и полезные ископаемые. – 1979. – № 5. – С. 125–141.
6. Chen S.A., Stone-Sundberg J. Rare double pseudomorph ikaite-calcite-opal // Gems & Gemology. – 2023. – Т. 59(1). – С. 108–109.
7. Marland G. Stability of calcium carbonate hexahydrate (ikaite) // Geochimica et Cosmochimica Acta – 1975. – Т. 39. – С. 83–91.
8. Schubert C.J., Nurnberg D., Scheele N., Pauer F., Kriews M. 13C isotope depletion in ikaite crystal: evidence for methane release from the Siberian shelves? // Geo-Marine Letters. – 1997. – Т. 17. – С. 169–174.
9. Гусев Е.А., Матюшев А.П., Рудой А.С., Усов А.Н. Четвертичные отложения центральной части Карского моря. В кн.: Опыт системных океанологических исследований в Арктике. – М. : Научный мир, 2001. – С. 553–558.
10. Kodina, L.A., Tokarev, V.G., Vlasova, L.N., Korobeinik, G.S. Contribution of biogenic methane to ikaite formation in the Kara Sea: evidence from the stable carbon isotope geochemistry. In: Stein, R., Fahl, K., Fütterer, D.K., Galimov, E.M., Stepanets, O.V. (Eds.),
Siberian River Run-off in the Kara Sea: Characterisation, Quantification, Variability, and Environmental Significance, 6. – Elsevier: Amsterdam, 2003. – С. 349–374.
11. Greinert J., Derkachev A. Glendonites and methane-derived Mg-calcites in the Sea of Okhotsk, Eastern Siberia: implications of a venting-related ikaite/glendonite formation // Marine Geology. – 2004. – Т. 204. – № 1–2. – С. 129–144. DOI: 10.1016/S0025-3227(03)00354-2.
12. Logvina E., Krylov A., Taldenkova E., Blinova V., Sapega V., Novikhin A., Kassens H., Bauch H.A. Mechanisms of Late Pleistocene authigenic Fe-Mn-carbonate formation at the Laptev Sea continental slope (Siberian Arctic) // Arktos. – 2018. – Т. 4. – С. 1–13, DOI: 10.1007/s41063-018-0036-0.
13. Крылов А.А., Логвина Е.А., Матвеева Т.В., Прасолов Э.М., Сапега В.Ф., Демидова А.Л., Радченко М.С. Икаит (СаСО3 ∙ 6Н2О) в донных отложениях моря Лаптевых и роль анаэробного окисления метана в процессе его формирования // Записки РМО. – 2015а. – № 4. – С. 61–75.
14. Крылов А.А., Логвина Е.А., Семенов П.Б., Бочкарев А.В., Киль А.О., Шатрова Е.В., Горемыкин Ю.В., Криницкий П.И., Новихина Е.С., Смирнов Ю.Ю., Чазов А.О., Зыков Е.А., Урванцев Д.М. Необычные аутигенные карбонаты (Mg-кальцит и икаит) в газогидратоносной структуре «ВНИИОкеангеология» (котловина Дерюгина, Охотское море) // Рельеф и четвертичные образования Арктики, Субарктики и Северо-Запада России. – Вып. 10. – 2023. – С. 405–414.
15. Selleck B.W., Carr P.F., Jones B.G. A review and synthesis of glendonites (pseudomorphs after Ikaite) with new data: assessing applicability as recorders of ancient coldwater conditions // Journal of Sedimentary Research. – 2007. – Т. 77. – № 11. – С. 980–991. DOI: 10.2110/jsr.2007.087.
16. Schultz B., Thibault N., Huggett J. The minerals ikaite and its pseudomorph glendonite: Historical perspective and legacies of Douglas Shearman and Alec K. Smith // Proceedings of the Geologists’ Association. – 2022. – Т. 133. – № 2. – С. 176–192. DOI: 10.1016/j.pgeola.2022.02.003.
17. Boetius A., Ravenschlag K., Schubert CJ., Rickert D., Widdel F., Gieseke A., Amann R., Jørgensen BB., Witte U., Pfannkuche O. A marine consortium apparently mediating anaerobic oxidation of methane // Nature. – 2000. – Т. 407. – С. 623–626.
18. Morales, C., Rogov, M., Wierzbowski, H., Ershova, V., Suan, G., Adatte, T., Follmi, K.B., Tegelaar, E., Reichart, G.J., de Lange, G.J., Middelburg, J.J. Glendonites track methane seepage in Mesozoic polar seas // Geology. – 2017. – Т. 45. – С. 503–506. DOI: 10.1130/G38967.1.
19. Bischoff, J.L., Fitzpatrick, J.A., Rosenbauer, R.J. The solubility and stabilization of ikaite (CaCO3 ∙ 6H2O) from 0° to 25°C: environmental and paleoclimatic implications for thinolite tufa // The Journal of Geology – 1993. – Т. 101. – С. 21–33. DOI: 10.1086/648194.
20. Burton Е.A. Сontrols on marinе сarbonatе сemеnt minеralogy: rеviеw and reassеssment // Сhеmiсal Gеology. – 1993. – Т. 105. – № 1–3. – С. 163–179. DOI: 10.1016/0009-2541(93)90124-2.
21. Purgstaller, B., Dietzel, M., Baldermann, A., Mavromatis, V. Control of temperature and aqueous Mg2+/Ca2+ ratio on the (trans-) formation of ikaite // Geochimica et Cosmochimica Acta – 2017. – Т. 217. – С. 128–143. DOI: 10.1016/j.gca.2017.08.016.
22. Tollefsen E., Stockmann G., Skelton A., Morth C.-M. Chemical controls on ikaite formation // Mineralogical Magazine. – 2018. – Т. 82. – № 5. – С. 1119–1129. DOI: 10.1180/mgm.2018.110.
23. Chaka A.M. Quantifying the Impact of Magnesium on the Stability and Water Binding Energy of Hydrated Calcium Carbonates by Ab Initio Thermodynamics // The Journal of Physical Chemistry A. – 2019. – Т. 123. – С. 2908–2923, DOI: 10.1021/acs.jpca.9b00180.
24. Galimov Ė.M., Kodina L.A., Stepanets O.V., & Korobeinik G.S. Biogeochemistry of the Russian Arctic. Kara Sea: Research results under the SIRRO project, 1995–2003 // Geochemistry International. – 2006. – Т 44. – С. 1053–1104. DOI: 10.1134/S0016702906110012.
25. Крылов А.А., Семенов П.Б., Музафарова Л.Э., Кржижановская М.Г., Константинова Н.П., Малышев С.А. Икаит как маркер разгрузки углеводородов в Чукотском море. Материалы XXI Международной конференции (Школы) по морской геологии. – М. : ГЕОС, 2015б. – С. 41–42.
26. Кравчишина М.Д., Лейн А.Ю., Саввичев А.С., Рейхард Л.Е., Дара О.М., Флинт М.В. Аутигенный Mg-кальцит на метановом полигоне в море Лаптевых // Океанология. – 2017. – Т. 57. – № 1. – С. 194–213.
27. Kim J-H., Park M-H., Lee D-H., Minami H., Jin Y-K., Hachikubo A., Hur J., Ryu J-S., Kang M-H., Jang K., Kida M., Seo Y., Chen M., Hong J.K., Song Y., Park S. Impact of High Methane Flux on the Properties of Pore Fluid and Methane-Derived Authigenic Carbonate in the ARAON Mounds, Chukchi Sea // Frontiers Marine Science. – 2022. – Т. 9:944841. DOI: 10.3389/fmars.2022.944841.
28. Ruban A., Rudmin M., Mazurov A., et al. Cold-seep carbonates of the Laptev Sea continental slope: constraints from fluid sources and environment of formation // Chemical Geology. – 2022. – Т. 610. – С. 1–13.
29. Kaminskii D.V., Chamov N.P., Krylov A.A., Neevin I.A., Buyakaite M.I., Degtyarev K.E., Dubenskii A.S., Kaminskii V.D., Logvina E.A., Okina O.I., Semenov P.B., Kil A.O., Petrov O.V., Pokrovskii B.G., Tolmacheva T.Yu. The first discovery of authigenic carbonates on the Laptev Sea flank of Gakkel ridge (Arctic Ocean) // Doklady Earth Sciences. – 2023. – Т. 512. – № 2. – С. 963–967. DOI: 10.1134/S1028334X23601451.
30. Kaminsky D.V., Chamov N.P., Zhilin D.M., Krylov A.A., Neevin I.A., Bujakaite M.I., Degtyarev K.E., Dubensky A.S., Kaminsky V.D., Logvina E.A., Okina O.I., Semenov P.B., Kil A.O., Pokrovsky B.G., Tolmacheva T.Yu. New Data on the Structure of the Laptev Sea
Flank of the Gakkel Ridge (Arctic Ocean) // Lithology and Mineral Resources. – 2024. – Т. 59. – №. 6. – С. 598–610. DOI: 10.1134/S0024490224700779.
31. Деркачев А.Н., Борман Г., Грайнерт Й., Можеровский А.В. Аутигенная карбонатная и баритовая минерализация в осадках впадины Дерюгина (Охотское море) // Литология полезных ископаемых – 2000. – № 6. – С. 568–585.
32. Астахова Н.В. Аутигенные образования в позднекайнозойских отложениях окраинных морей. – Владивосток: Дальнаука, 2007. – 244 с.
33. Krylov A., Logvina E., Hachikubo A., Minami H., Nunokawa Yu., Shoji H., Mazurenko L., Matveeva T., Obzhirov A., K-Y. Jin. Authigenic carbonates related to gas seepage structures in the Sea of Okhotsk (NE offshore Sakhalin): results from the CHAOS project. In: Proceedings of the 6th International Conference on Gas Hydrates (ICGH 2008). – Vancouver, British Columbia, Canada, 2008. – С. 1–6. DOI: 10.14288/1.0041015.
34. Логвина Е.А., Крылов А.А., Матвеева Т.В., Максимов Ф.Е., Кузнецов В.Ю. Аутигенез карбонатов в отложениях газогидратоносной структуры ХАОС (Охотское море) // Вестник СПбГУ. Науки о Земле. – 2022. – Т. 67. – № 1. – С. 50–73. DOI: 10.21638/spbu07.2022.103.
35. Черных А.А., Крылов А.А. Длительность, причины и геодинамическое значение среднекайнозойского перерыва в осадконакоплении в приполюсной части хребта Ломоносова (по материалам бурения IODP-302-ACEX) // Океанология. – 2017. – Т. 57. – № 5. – С. 745–756.
36. Stockmann, G., Tollefsen, E., Skelton, A., Brüchert, V., Balic-Zunic, T., Langhof, J., Skogby, H., Karlsson, A. Control of a calcite inhibitor (phosphate) and temperature on ikaite precipitation in Ikka Fjord, southwest Greenland // Applied Geochemistry. – 2018. – Т. 89. – С. 11–22. DOI: 10.1016/j.apgeochem.2017.11.005.
37. Matveeva T.V., Soloviev V., Wallmann K., Obzhirov A. и др. Geochemistry of gas hydrate accumulation offshore NE Sakhaline Island (the Sea of Okhotsk): results from the KOMEX-2002 cruise // Geo-Mar Letters. – 2003. – Т. 23. – С. 278–288, DOI: 10.1007/s00367-003-0150-1.
38. Mazurenko L.L., Matveeva T.V., Prasolov E.M., Shoji H., Obzhirov A.I., Jin Y.K., Poort J., Logvina E.A., Minami H., Sakagami H., Hachikubo A., Salomatin A.S., Salyuk A.N., Prilepsky E.B. Gas hydrate forming fluids on the NE Sakhalin slope, Sea of Okhotsk // The Geological Society, London, Spec. Publ. – 2009. – Т. 319. – С. 51–72. DOI: 10.1144/SP319.5.
39. Miller C.M., Dickens G.R., Jakobsson M., Johansson C., Koshurnikov A., O’Regan M., Muschitiello F., Stranne C., Morth C-M. Pore water geochemistry along continental slopes north of the East Siberian Sea: inference of low methane concentrations // Biogeoscience. – 2017. – Т. 14. – С. 2929–2953.
40. Whiticar M.J. Carbon and hydrogen isotope systematics of bacterial formation and oxidation of methane // Chemical Geology – 1999. – Т. 161. – С. 291–314.
41. Krylov A.A., Khlystov O.M., Hachikubo A., Minami H., Zemskaya T.I., Logvina E.A., Lomakina A.V. and Semenov P.B. The reconstruction of the mechanisms of problematic authigenic carbonates formation in diagenetic and catagenetic environments associated with the generation/oxidation of hydrocarbons // Limnology and Freshwater Biology. – 2020. – Т. 4. – С. 928–930. DOI: 10.31951/2658-3518–2020-A-4-928.
42. Wallmann R., Aloisi G., Haeckel M., Tishchenko P., Pavlova G., Greinert J., Kutterolf S., Eisenhauer A. Silicate weathering in anoxic marine sediments // Geochimica et Cosmochimica Acta. – 2008. – Т. 72. – № 12. – С. 3067–3090. DOI: 10.1016/j.gca.2008.03.026.
43. Лебедев Б.А. Геохимия эпигенетических процессов в осадочных бассейнах. – Л. : Недра, 1992. – 239 с.
44. Гинсбург Г.Д., Соловьев В.А. Субмаринные газовые гидраты. – СПб. : ВНИИОкеангеология, 1994. – 200 с.
45. Maekawa T. Experimental study on isotopic fractionation in water during gas hydrate formation // Geochemical Journal – 2004. – Т. 38. – № 2. – С. 129–138. DOI: 10.2343/geochemj.38.129.
Рубрика: Геохимические исследования