Rapp. Comm. int. Mer Médit., 36,2001

21

Intoduction

Oceanic hydrate system deposits, which include both methane

hydrate and associated methane gas, are very large, but relatively low

grade when compared with conventional hydrocarbon deposits. Near

surface gas hydrate zones in several water depths can be predicted to

some extent by side scan sonar, profiler, single, multichannel high res-

olution seismic, and exploration 3D seismic data. Gas hydrates could

be formed by natural gas vents and other oil and gas seepages. They

indicate a potential for shallow gas accumulations, and formations of

hydrates could present geohazard problems at the offshore installa-

tions and operations. Methane hydrates are found in high pressure-

moderate temperature in sediments of the Black Sea. Hydrate is now

widely recognized on continental slopes, where they are well devel-

oped, because of their unique appearance on profiler and seismic

re?ection records. Structures which contain gas hydrates are present

on the profiler records as strong acoustic re?ections in the Black Sea

basin. Hydrate formation can strengthen sediments through both pore

filling and cementation and retard compaction. Hydrate provides a

mechanism for concentrating methane both in hydrate itself and in

associated trapped gas. These formations indicate gas charged layers

covered by the gas hydrate shield, preventing the escape of gas where

there is a contact between hydrate and gas, a strong impedance con-

trast termed the bottom simulating re?ector (BSR) forms (1). 

Gas hydrates and the potential in the Black Sea basin

Methane hydrate is a mixture of methane and water that is frozen

into an ice. The crystalline structure of the frozen water molecules

forms a cage-like lattice inside of which is trapped high concentrations

of methane molecules. Methane hydrates form in generally two types

of geologic environments, in permafrost regions (where cold temper-

atures dominate) and beneath the sea in sediments of the outer conti-

nental margins (where high pressures dominate). Methane hydrates

can form at temperatures above the freezing point of water (2). 

Studying and the understanding of the gas hydrates in the slope

areas and deep basins are important for several reasons. Sea ?oor sta-

bility and safety are two important issues related to gas hydrates. Sea

?oor stability refers to the susceptibility of the sea ?oor to collapse

and slide as the result of gas hydrate disassociation. The safety issue

refers to petroleum drilling and production hazards that may occur in

association with gas hydrates in both offshore and onshore environ-

ments. Throughout the world, oil and gas drilling is moving into

regions where safety problems related to gas hydrates may be antici-

pated. Oil and gas operators have recorded numerous drilling and pro-

duction problems attributed to the presence of gas hydrates, including

uncontrolled gas releases during drilling, collapse of well casings, and

gas leakage to the surface. These problems are generally caused by the

dissociation of gas hydrate due to heating by either warm drilling ?u-

ids or from the production of hot hydrocarbons from depth during con-

ventional oil and gas production. Subsea pipelines may also be affect-

ed by loss of sea ?oor support from hydrates destabilized by warming.

Hazards arise because gas hydrates are only quasi-stable; if the tem-

perature is increased at a fixed pressure or the pressure decreased at

fi xed temperature, or both temperature increased and pressure

decreased, it is easy to pass out of the stability regime of hydrates. The

hydrate structure encases methane at very high concentrations. A sin-

gle unit of hydrate, when heated and depressurized, can release 160

times its volume in gas. It is possible that both natural and human-

induced changes can contribute to in-situ gas hydrate destabilization,

which may convert an offshore hydrate-bearing sediment to a gassy

water-rich ?uid, triggering sea ?oor subsidence and catastrophic land-

slides. Evidence implicating gas hydrates in triggering sea ?oor land-

slides has been found along the Atlantic Ocean margin of the United

States. These processes may release large volumes of methane to the

Earth's oceans and atmosphere. Methane is a "greenhouse" gas, 10

times more effective than carbon dioxide in the process believed by

many to cause climate warming. The hydrate accumulations in the

world comprises of thousands of square kilometers. Therefore anoth-

er importance of the gas hydrates is that they will probably become an

energy source of the word in the future after running out of the exist-

ing oil and gas reservoirs (3).

The Black Sea is one of the most important areas having prospec-

tive geosources of the large gas hydrate accumulations. The most suit-

able geophysical methods used to investigate the large gas hydrate

areas both in the seabed surface and near bottom sediments are sonar

and high-resolution seismic methods. Hydrate formations can easily

be determined on the subbottom profiler records, because the bound-

ary between the hydrate formations and the underlying gas or water

bearing sediments causes strong re?ection packets (Fig. 1). Methane

seeps are common features in the Black Sea Basin and they can also

be defined by the mud volcanoes. The shelf and the continental slope

regions are the areas in which high amount of methane accumulations

occur.

References

1- Xia G., Sen M.K. and Stoffa P.L., 2000. Mapping of Elastic Properties

of Gas Hydrates in the Carolina Trough by Waveform Inversion.

Geophysics. 65: 735-744.

2- Cifci G., Dondurur D. and Ergün M., 2000. Sonar and High

Resolution Seismic Studies in the Eastern Black Sea Basin, Paper

Presented At The Meeting Of International Earth Sciences Colluquium

On The Aegean Region (IESCA-2000).

3- Çifçi G., Ergün M. and Dondurur D., 2000. Gas-Hydrate

Accumulations in the Black Sea, Paper Presented At The Meeting Of

Turkish International Oil And Gas Symposium (TURKIOG-2000).

GAS HYDRATE STRUCTURES IN THE EASTERN BLACK SEA BASIN

D. Dondurur, G. Cifci and M. Ergun*

Dokuz Eylul University, Engineering Faculty, Department of Geophysics, Tinaztepe Campus, Kaynaklar, Buca-Izmir,Turkey

mustafa.ergun@deu.edu.tr

Abstract

Methane hydrate is a methane-bearing, ice-like material that occurs in marine sediments and in permafrost regions. They are normally

formed under low temperature and high-pressure conditions. The amount of methane contained in hydrate deposits is enormous. Hydrate

deposits are estimated to contain a much greater amount of natural gas than conventional accumulations. Since 1991, U

NESCO

/T

REDMAR

Training-Through-Research (TTR) studies have shown that the Black Sea has an important potential for the gas hydrates. Structures bear-

ing gas hydrates are distinguished on the subbottom profiler records as strong acoustic re?ections. 

KeyWords: The Black Sea, Seismics.

Fig. 1. Subbottom Profiler record example from Eastern Black

Sea showing gas seeping zones (pockmarks) and gas hydrate

layer as strongly acoustic re?ectors.