Organic matter in hydrotherms of the Pauzhetsky region: composition and comparative analysis with other sites

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The composition of medium volatile organic matter (OM) in the steam-water mixture condensate (SWC) from deep production wells of the Pauzhetsky geothermal field was investigated. Using solid-phase extraction and chromatography-mass spectrometry, 17 organic compounds, including 14 aliphatic and aromatic hydrocarbon (HC), were identified in the studied SWC. These components are highly dominant in the Pauzhetsky hydrothermal system and a number of other geothermal fields in Kamchatka, averaging more than 60 per cent. Due to the peculiarities of the molecular weight distribution of the limiting HCs, the high steam-water mixture condensate temperature (more than 108℃ at the wellhead) and the absence of obviously biogenic components, their origin is attributed to thermogenic processes, which consist in the transformation of organic residues under the action of high temperatures and pressures. The remaining compounds are much less common and are mainly represented by components containing oxygen (ketones, aldehydes, alcohols). The similarity of the spectrum of organic compounds in the Pauzhetka and Uzon CPS may be partly due to their extraction from volcanogenic-sedimentary layers containing buried organic matter.

About the authors

V. N. Kompanichenko

Institute for Complex Analysis of Regional Problems FEB RAS

Author for correspondence.
Email: kompanv@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-4208-1932
Russian Federation, Sholom-Aleyhem street, 4, Birobidzhan, 679016

V. A. Poturay

Institute for Complex Analysis of Regional Problems FEB RAS

Email: poturay85@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-3357-1737
Russian Federation, Sholom-Aleyhem street, 4, Birobidzhan, 679016

References

  1. Аверьев В. В. (1966) Гидротермальный процесс в вулканических областях и его связь с магматической деятельностью. Современный вулканизм. М.: Наука, 118–128.
  2. Апрелков С. Е. (1971) Тектоника и история вулканизма Южной Камчатки. Геотектоника . (2), 105–111.
  3. Бескровный Н. С., Кудрявцева Т. П. (1977) Особенности органического вещества гидротермальных систем геодинамических поясов на примере Камчатки. Формирование водорастворенного комплекса подземных вод нефтегазоносных бассейнов. (396), 121–136.
  4. Бескровный Н. С., Лебедев Б. А. (1971) Нефтепроявление в кальдере вулкана Узон. ДАН СССР . 201 (4), 953–956.
  5. Галимов Э. М., Севастьянов В. С., Карпов Г. А., Камалеева А. И., Кузнецова О. В., Коноплева И. В., Власова Л. Н. (2015) Углеводороды из вулканического района. Нефтепроявления в кальдере вулкана Узон на Камчатке. Геохимия (12), 1059–1068.
  6. Galimov E. M., Sevast'yanov V. S., Kamaleeva A. I., Kuznetsova O. V., Konopleva I. V., Vlasova L. N., Karpov G. A. (2015) Hydrocarbons from a volcanic area. Oil seeps in the Uzon caldera, Kamchatka. Geochem. Int. 53 (12), 1019–1027.
  7. Иванов В. В. (1961) Основные геологические условия и геохимические процессы формирования термальных вод областей современного вулканизма. Гидротермальные процессы и минералообразование в областях активного вулканизма . М.: Изд-во АН СССР, 53–68.
  8. Исидоров В. А., Зенкевич И. Г., Карпов Г. А. (1991) Летучие органические соединения в парогазовых выходах некоторых вулканов и гидротермальных систем Камчатки. Вулканология и сейсмология . (3), 19–25.
  9. Калинко М. К. (1975) Генезис микронефтепроявлений кальдеры вулкана Узон (Восточная Камчатка). Преобразования органического вещества в современных и ископаемых осадках и основные этапы генерации свободных углеводородов . М.: ВНИГНИ, 50–58.
  10. Кирюхин А. В., Москалев Л. К., Поляков А. Ю., Чернев И. И. (2006) Изменение термогидродинамического и газогидрохимического режима резервуара в процессе эксплуатации Мутновского геотермального месторождения. Всероссийское совещание по подземным водам востока России . Иркутск: ИрГТУ, 267–271.
  11. Компаниченко В. Н., Потурай В. А., Карпов Г. А. (2016) Органические соединения в термальных водах Мутновского района и кальдеры Узон. Вулканология и сейсмология . (5), 35–50.
  12. Коноплева И. В., Власова Л. Н., Немченко Т. Н. (2018) Исследование генезиса нефтей Восточной Камчатки по углеводородам-биомаркерам. Геохимия . (7), 709–717.
  13. Konopleva I. V., Vlasova L. N., Nemchenko T. N. (2018) Genesis of oils in Eastern Kamchatka: evidence from hydrocarbon biomarkers. Geochem. Int. 56 (7), 735–742.
  14. Конторович А. Э., Бортникова С. Б., Карпов Г. А., Каширцев В. А., Костырева Е. А., Фомин А. Н. (2011) Кальдера вулкана Узон (Камчатка) — уникальная природная лаборатория современного нафтидогенеза. Геология и геофизика 52 (8), 986–990.
  15. Литасов Н. Е. (1991) Вулкан Кошелева. Действующие вулканы Камчатки. В 2-х т. Т. 2 (Отв. ред. Федотов С. А., Масуренков Ю. П.). М.: Наука, 384–393.
  16. Мухин Л. М., Бондарев В. Б., Вакин Е. А. Ильюхина И. И., Калиниченко В. И., Милехина Е. И., Сафонова Э. Н. (1979) Аминокислоты в гидротермах Южной Камчатки. ДАН СССР . 244 (4), 974–977.
  17. Пийп Б. И. (1937) Термальные ключи Камчатки (Под. ред. Заварицкого А. Н.). М.-Л.: Изд-во Акад. наук СССР, 268 с.
  18. Потурай В. А. (2023) Органическое вещество в термальных водах Паратунского геотермального района (Камчатка). Известия ТПУ. Инжиниринг георесурсов . 334 (8), 98–109.
  19. Потурай В. А., Компаниченко В. Н. (2019) Состав и распределение предельных углеводородов в термальных водах и пароводяной смеси Мутновского геотермального района и кальдеры Узон (Камчатка). Геохимия . (1), 79–88.
  20. Poturay V. A., Kompanichenko V. N. (2019) Composition and distribution of saturated hydrocarbons in the thermal waters and vapor-water mixture of the Mutnovskii geothermal field and Uzon caldera, Kamchatka. Geochem. Int . 57 (1), 74–82.
  21. Рычагов С. Н. (2017) Начало освоения геотермальной энергии на Камчатке и перспективы ее использования. История науки и техники . (7), 45–51.
  22. Рычагов С. Н., Давлетбаев Р. Г., Ковина О. В. (2009) Гидротермальные глины и пирит геотермальных полей: значение в геохимии современных эндогенных процессов (Южная Камчатка). Вулканология и сейсмология . (2), 39–56.
  23. Сорохтин Н. О., Лобковский Л. И., Семилетов И. П. (2018) Глубинный цикл углерода и формирование абиогенных углеводородов. Известия ТПУ. Инжиниринг георесурсов . 329 (8), 156–173.
  24. Сугробов В. М., Карпов Г. А., Рычагов С. Н. (2016) 50 лет со дня пуска Паужетской геотермальной электрической станции. Вулканизм и связанные с ним процессы. Петропавловск-Камчатский, 443–448.
  25. Феофилактов С. О. (2022) Блоковая структура Паужетского геотермального месторождения (Южная Камчатка): новая геолого-геофизическая модель. Дис. … канд. Геол.-мин. Наук. Петропавловск-Камчатский: ИВиС ДВО РАН, 161 с.
  26. Феофилактов С. О., Рычагов С. Н., Логинов В. А., Букатов Ю. Ю., Нуждаев И. А., Клементьев М. А., Денисов Д. К. (2021) Глубинное строение района Паужетской гидротермальной системы (Южная Камчатка). Вулканология и сейсмология . (1), 40–56.
  27. Фурсенко Е. А., Каширцев В. А., Конторович А. Э., Фомин А. Н. (2014). Геохимия нафтидов из локализованных на суше гидротермальных источников и вопросы их генезиса (Узон, Йеллоустон, Новая Зеландия). Геология и геофизика . 55 (5–6), 918–930.
  28. Швец В. М., Селецкий Ю. Б. (1968) Органические вещества в термальных водах Южной Камчатки. ДАН СССР . 182 (2), 441–444.
  29. Шульга Н. А., Пересыпкин В. И. (2012) О генезисе углеводородов в гидротермальных отложениях полей Лост Сити и Рэйнбоу (Срединно-Атлантический хребет). ДАН . 445 (2), 196–199.
  30. Aubrey A., Cleaves H., Bada J. (2009) The role of submarine hydrothermal systems i n the synthesis of amino acids. Origins Life Evol. Biosphere. 39 , 91–108.
  31. Bazhenova O. K., Arefiev O. A., Frolov E. B. (1998) Oil of the volcano Uzon caldera, Kamchatka. Org. Geochem. 29 (1–3), 421–428.
  32. Bray E. E., Evans E. D. (1961) Distribution of n-paraffines as a clue to recognition of source beds // Geochim Cosmochim Acta . 22 (1), 2–15.
  33. Cleaves H. J., Aubrey A. D., Bada J. L. (2009) An evaluation of critical parameters for abiotic peptide synthesis in submarine hydrothermal systems. Origins Life Evol. Biosphere. 39 , 109–126.
  34. Etiope G., Sherwood Lollar B. (2013) Abiotic methane on earth. Reviews of Geophysics . 51 , 276–299.
  35. Fekete J., Sajgó C., Kramarics Á., Eke Z., Kovács K., Kárpáti Z. (2012) Aquathermolysis of humic and fulvic acids: Simulation of organic matter maturation in hot thermal waters. Org. Geochem . 53 , 109–118.
  36. Fu Q., Socki R. A., Niles P. B. (2015) Evaluating reaction pathways of hydrothermal abiotic organic synthesis at elevated temperatures and pressures using carbon isotopes. Geochim Cosmochim Acta. 154 , 1–17.
  37. García-Sanchez B.E., Vara-Castro G.M., Kretzschmar Th., Sanchez-Avila J.I. (2022) Organic compounds in surface and groundwaters in the surrounding of a Mexican geothermal reservoir; case study Los Humeros, Puebla. Appl. Geochem. 147 , 105442.
  38. Gribble G. W. (2005) Halogenuros organicos. Investigacion y ciencia . 346 , 78–84.
  39. Holm N. G., Charlou J. L. (2001) Initial indications of abiotic formation of hydrocarbons in the Rainbow ultramafic hydrothermal system, Mid-Atlantic Ridge. Earth and Planet Sci. Lett . 191 , 1–8.
  40. Hunt J. M. (1979) Petroleum geochemistry and geology. San Francisco: W. H. Freeman and Company, 617 p.
  41. Kazem K., Lovley D. R. (2003) Extending the Upper Temperature Limit for Life. Science . 301 (5635), 934.
  42. Kompanichenko V. N. (2017) Thermodynamic Inversion: Origin of Living Systems. Cham, Switzerland: Springer International Publishing, 275p.
  43. Kompanichenko V. N., Poturay V. A., Rapoport V. L. (2010) Organic matter in hydrothermal systems on the Russian Far East in the context of prebiotic chemistry. Origins Life Evol. Biosphere . 40 (6), 516–517.
  44. Kompanichenko V. N., Poturay V. A., Shlufman K. V. (2015) Hydrothermal systems of Kamchatka as the model for prebiotic environment. Origins Life Evol. Biosphere. 45 (1–2), 93–103.
  45. Konn C., Charlou J. L., Holm N. G., Mousis O. (2015) The Production of Methane, Hydrogen, and Organic Compounds in Ultramafic-Hosted Hydrothermal Vents of the Mid-Atlantic Ridge. Astrobiology. 15 (5), 381–399.
  46. Mustafa M. F., Liu Y., Duan Z., Guo H., Xu S., Wang H., Lu W. (2017) Volatile compounds emission and health risk assessment during composting of organic fraction of municipal solid waste. J. Hazard. Mater . 327 , 35–43.
  47. Nye J. J., Shock E. L., Hartnett H. E. (2020) A novel PARAFAC model for continental hot springs reveals unique dissolved organic carbon compositions. Org. Geochem . 141 , 103964.
  48. Randazzo A., Folino A., Tassi F., Tatàno F., Rosa S., Gambioli A. (2022) Volatile organic compounds from green waste anaerobic degradation at lab-scale: evolution and comparison with landfill gas. Detritus . 19 , 63–74.
  49. Reeves E. P., Fiebig J. (2020) Abiotic synthesis of methane and organic compounds in Earth’s lithosphere. Elements . 16 (1), 25–31.
  50. Rushdi A. I., Simoneit B. R.T. (2006) Abiotic condensation synthesis of glyceride lipids and wax esters under simulated hydrothermal conditions. Origins Life Evol. Biosphere. 36 , 93–108.
  51. Sanchez-Avila J.I., García-Sanchez B.E., Vara-Castro G.M., Kretzschmar T. (2021) Distribution and origin of organic compounds in the condensates from a Mexican high-temperature geothermal field. Geothermics. 89 , 101980.
  52. Simoneit B. R.T., Deamer D. W., Kompanichenko V. N. (2009) Characterization of hydrothermally generated oil from the Uzon caldera, Kamchatka. Appl. Geochem . 24 , 303–309.
  53. Soniassy R., Sandra P., Schlett C. (1994) Water analysis: Organic micropollutants. Germany: Hewlett-Packard Company, 278 p.
  54. Szabo I., Varga C. (2019) Finding possible pharmacological effects of identified organic compounds in medicinal waters (BTEX and phenolic compounds). International J. Biometeorology . 64 (6), 989–995.
  55. Takai K., Nakamura K., Toki T., Tsunogai U., Miyazaki M., Miyazaki J., Hirayama H., Nakagawa S., Nunoura T., Horikoshi K. (2008) Cell proliferation at 122 °C and isotopically heavy CH 4 production by a hyperthermophilic methanogen under high-pressure cultivation. PNAS . 105 , 10949–10954.
  56. Taran Y. A., Inguaggiato S., Varley N. R., Cienfuegos E. (2010) Geochemistry of H 2 and CH 4 -enriched hydrothermal fluids of Socorro island, Revillagigedo archipelago, Mexico. Evidences for serpentinization and abiogenic methane. Geofluids . 10 , 42–55.
  57. Tassi F., Venturi S., Cabassi J., Capecchiacci F., Nisi B., Vaselli O. (2015) Volatile organic compounds (VOCs) in soil gases from Solfatara crater (Campi Flegrei, southern Italy): geogenic source(s) vs. Biogeochemical processes. Appl. Geochem . 56 , 37–49.
  58. Umoh U. U., Li L., He J., Chen L., Dong L., Jia G., Lahajnar N., Massoth G., Schwarz-Schampera U. (2021) Unusual aliphatic hydrocarbon profiles at hydrothermal vent fields of the Central and Southeast Indian Ridges and Mid-Indian Basin. Deep-Sea Research Part II . 194 , 104996.
  59. Wang B., Yang J., Jiang H., Zhang G., Dong H. (2019) Chemical composition of n-alkanes and microbially mediated n-alkane degradation potential differ in the sediments of Qinghai-Tibetan lakes with different salinity. Chem. Geol . 524 , 37–48.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences