Процессы потепления, деградации ледяного покрова и повышенное содержание термогенных газовых гидратов в быстро прогревающихся областях полярных шельфов могут способствовать модификации углеродного цикла донных отложений и водной толщи за счёт вертикальной миграции глубинных углеводородов в придонные горизонты. В настоящей работе проведено численное моделирование миграции свободного метана сквозь толщу с условиями зоны стабильности гидратов для оценки возможности привнесения дополнительного углерода в структуры придонных отложений и водной толщи. Для анализа этих процессов была построена математическая модель фильтрации, описывающая поведение флюидов в пористой среде. Ее математическая основа включает систему уравнений в частных производных, учитывающих совместное течение газа и жидкости, присутствие газогидратной фазы и переходы между фазами. Моделирование, выполненное с использованием законов сохранения массы и энергии в сочетании с законом Дарси, позволило проследить изменения конфигурации зоны стабильности гидратов при вертикальной миграции метана из глубинных горизонтов к морскому дну. Для шельфовой области моря Росса (Антарктида) проведена количественная оценка возможности поступления глубинного углерода на основе численного подхода в предположении локального термодинамического равновесия. Показано, что восходящий поток свободного газа может пересекать зону стабильности газовых гидратов, подвергаясь лишь частичному преобразованию в гидратную фазу, с последующей миграцией в водную толщу. В результате формируется трехфазная равновесная зона (газ–гидрат–вода), которая постепенно вытесняет исходную двухфазную систему (гидрат–вода). Полученные результаты позволяют интерпретировать расхождения между данными радиоуглеродного датирования кернов и изучением истории ледникового покрова в исследуемом регионе.

математическое моделирование, зона стабильности газовых гидратов, вертикальная фильтрация метана, фазовые переходы в пористой среде, многокомпонентная флюидодинамика

Математическое моделирование в актуальных проблемах науки и техники