Статья посвящена проблемам субаквальной (подводной) мерзлоты, развитой в Печорском и Карском морях. Реликты деградирующих многолетнемерзлых пород были обнаружены на шельфе Арктических морей. Происхождение ММП связано с промерзанием в субаэральных условиях с последующим затоплением промерзшей толщи в период позднее плейстоценовой трансгрессии. Мерзлые грунты обнаружены и исследованы по результатам бурения и статзондирования в Печорском и Карском морях. Приводятся данные о распространении, составе, структуре и свойствах ММП, а также расчеты периода их деградации.

Проблема  многолетнемерзлых пород Баренцево-Карского шельфа начала обсуждаться с середины 70-х годов прошлого века. Первые прямые данные, подтверждающие  наличие здесь многолетнемерзлых льдистых образований, были получены при бурении, проведенном ОАО "АМИГЭ" с припайного льда у побережья п-ва Харасавэй и с буровых судов в Печорском море на площадях месторождений Поморское и Варандей-море в период с 1980 по 1983гг. Позднее бурением были вскрыты многолетнемерзлые породы в районах структуры Полярная, на месторождениях Медынское-море, Русановское, а также в Байдарацкой губе Карского моря.

В целом многолетнемерзлые породы на шельфе Печорского и Карского морей распространены в мелководной зоне при глубине моря менее 100м (Рис. 1). Т.е. внешняя граница области распространения мерзлых грунтов приблизительно соответствует стометровой изобате. Эта отметка, в целом, совпадает с положением уровня последней поздненеоплейстоценовой регрессии. В связи с этим предполагается, что мерзлые льдистые отложения шельфа Печорского и Карского морей образовались в позднем криохроне позднего неоплейстоцена (верхневалдайско-сартанское время) в течение регрессии, когда рассматриваемая область обнажилась выше уровня моря [Бондарев и др., 1999].

Наши расчеты (по методике, изложенной в работе [Шарбатян, 1974]) показывают, что при последней регрессии могла сформироваться мерзлая толща мощностью около 500м. В ходе последующей трансгрессии мерзлый массив был затоплен современным бассейном с положительной температурой воды. Это привело к существенному растеплению и таянию мерзлоты от кровли вглубь по разрезу. Особенно интенсивно данный процесс протекал в начальные фазы трансгрессии, когда глубина моря была еще не большой. Затем, когда глубина моря увеличилась, и температура воды стала околонулевой или отрицательной, таяние мерзлоты «сверху» было существенно заторможено. Начиная с этого времени и по сегодняшний день, деградация субаквальной криолитозоны происходит в основном под действием глубинного теплового потока (таяние «снизу») [Бондарев и др., 1999]. Деградация мерзлоты сопровождалась газонасыщением осадков верхней части разреза [Бондарев и др., 1999; Рокос, Длугач, Костин, 2001; Рокос, 2008].

Расчеты показывают, что при возможности таяния «сверху» мерзлая толща может сохраняться в течение 16 375 лет (Рис. 2). В условиях заторможенного низкими придонными температурами протаивании «сверху» она может просуществовать свыше 20 000 лет. Обе этих оценки достаточно близки к общепринятой оценке времени последней поздненеоплейстоценовой регрессии (18 000 лет назад).

Данные бурения показали, что мерзлые грунты, развитые в мелководной зоне  шельфа Печорского и Карского морей, в  основном были вскрыты при глубинах моря 15-25м. Кровля многолетних льдистых отложений залегает в интервале 20-50м ниже поверхности дна в Печорском море и до 8-20м в Карском. Наблюдаемая в скважинах мощность составляет, как правило, 20-40м. Кровля мерзлой толщи выражена достаточно резко и носит «оплавленный» характер. Подошва нечеткая и связана с постепенным уменьшением количества льда вниз по разрезу.

Характер и закономерности распространения многолетнемерзлых пород в рассматриваемом регионе на сегодняшний день точно не установлены. Имеющийся материал позволяет лишь сделать вывод об островном характере распространения мерзлых грунтов.

В границах зоны развития многолетнемерзлых пород на сейсмоакустических временных разрезах наблюдается сложная и неоднозначная, с точки зрения интерпретации, картина. Характерны зоны потери сейсмической корреляции и (или) резкие изменения структуры волнового поля (как по латерали, так и по глубине); амплитудные аномалии типа «яркое пятно», а также различные акустические неоднородности (Рис. 3). На отражающие границы, определяемые литологией и стратиграфией осадочной толщи, накладываются отражения, связанные с процессами промерзания, деградации мерзлоты, а также с газонасыщением. В результате выделение литолого-стратиграфических границ сильно затруднено и не всегда возможно [Бондарев и др., 1999]. Границы массивов многолетнемерзлых пород в основном не отображаются, т.к. их кровля залегает ниже отражений, кратных поверхности моря. Эти отражения маскируют границы, залегающие ниже отметок, равных глубине моря. Кроме того, мерзлые грунты обычно перекрываются газонасыщенными осадками, блокирующими распространение упругих колебаний и, соответственно, экранирующими подстилающие образования.

Наряду с описанными обычными или «фоновыми» условиями распространения и залегания массивов мерзлых пород установлены две аномальные зоны. В первой из них, расположенной в восточной части Печорского моря приблизительно в 100км к юго-западу от пролива Карские Ворота при глубине моря 50-70м, бурением вскрыты мерзлые отложения, залегающие на глубине менее 1м ниже поверхности дна. Здесь они слагают диапироподобные поднятия, отчетливо выраженные в рельефе дна. Геологи ОАО АМИГЭ, впервые обнаружившие эту зону, назвали ее «Объект «Диапиры»». При бурении в этом районе был отмечен интенсивный выброс газа, связанный и наличием мелкозалегающей зоны аномально высокого пластового давления [Бондарев и др., 2002; Рокос, 2008].

Вторая аномальная зона приурочена к площади Русановского месторождения в Карском море. Здесь мерзлые породы были вскрыты скважинами при глубине моря около 100м. Характерно, что в глубоководной части Русановского месторождения, в отличие от других районов распространения мерзлых грунтов, отсутствуют проявления свободного газа. Предполагается, что в данном районе промерзание осадочной толщи протекало в условиях современного морского бассейна под воздействием отрицательных придонных температур. Вероятно, что в данном районе имеют место специфические геокриологические условия, способствующие формированию мерзлотных новообразований. Характер этих условий на сегодняшний день остается не ясным.

В Печорском море стратиграфические интервалы многолетнемерзлых пород в основном приурочены к образованиям среднего неоплейстоцена (колвинская свита), а также верхненеоплейстоценовым отложениям раннего термохрона (роговская свита). Глинистые отложения большей частью представлены пластичномерзлыми глинами и суглинками с сетчатой криотекстурой. В кернах скважин эта криотекстура выражена в  чередовании через 0.2-1.0м наклонных шлиров льда толщиной от 1-3 до 10-20см. Песчаные разности характеризуются твердомерзлым состоянием и массивной криотекстурой. По прослоям глинисто-суглинистого состава часто наблюдаются выделения сегрегационного льда (Рис. 4).

В юго-западной части Карского моря мерзлые породы приурочены к глинисто-суглинистым образованиям казанцевской и салехардской свит. В разрезах мерзлых пород Байдарацкой губы и Русановского месторождения выделяются две пачки приблизительно равной мощности. Верхняя пачка представлена высокольдитыми образованиями или ледогрунтом с атакситово-базальной криотекстурой (Рис. 5). Нижняя пачка представлена менее льдистыми, в основном пластичномерзлыми глинами и суглинками сетчатой криотекстуры со шлирами прозрачного льда толщиной от 1-2 до 10-30см (Рис. 6). При этом количество сегрегационного льда заметно снижается вниз по разрезу.

Температура мерзлых грунтов по данным измерений в кернах и in situ в Печорском и составляет около -1.5^o/2.0^оС, в юго-западной части Карского моря (Байдарацкая губа) она снижается до -2^o/-3^оС. Эти значения довольно близко к температуре таяния соответствующих грунтов. В районах, расположенных севернее и восточнее температура несколько ниже и достигает -4^оС и менее. В скважинах, вскрывших мёрзлые грунты зависимости температуры от глубины ниже кровли мерзлой толщи безградиентные. Над кровлей градиент отрицательный (Рис. 7).

В целом, очевидно, что многолетнемерзлые породы мелководных областей шельфа Печорского и Карского морей имеют реликтовый характер. Мерзлотные новообразования возможны лишь в зоне предельного мелководья, промерзающего до дна в зимнее время и на локальных участках, где имеют место специфические криологические условия.

Литература:

Бондарев В.Н., Длугач А.Г., Костин Д.А., Лисунов В.К, Рокос С.И. Акустические фации посткриогенных обстановок мелководных районов Печорского и Карского морей // Разведка и охрана недр. 1999. №7-8. С.10-14.

Бондарев В.Н., Длугач А.Г., Костин Д.А., Рокос С.И., Полякова Н.А. Подмерзлотные скопления газа в верхней части осадочного чехла Печорского моря // Геология и геофизика. 2002. Том 43. №7. С. 587-598.

Рокос С.И., Длугач А.Г., Костин Д.А. Свободный газ и многолетняя мерзлота в осадках верхней части разреза мелководных районов шельфа Печорского и Карского морей / Седиментологические процессы и эволюция морских экосистем в условиях морского перигляциала. Апатиты: Изд. КНЦ РАН, 2001. С. 40-52.

Рокос С.И. Инженерно-геологические особенности приповерхностных зон аномально высокого пластового давления на шельфе Печорского и южной части Карского морей // Инженерная геология. 2008. №4. С. 22-28.

Шарбатян А.А. Экстремальные оценки в геотермии и  геокриологии. М., Наука. 1974. 123 с.

Ссылка на статью:

Рокос С.И., Длугач А.Г., Локтев А.С., Костин Д.А., Куликов С.Н. Многолетнемерзлые породы шельфа Печорского и Карского морей: генезис, состав, условия распространения и залегания // Инженерные изыскания. 2009. № 10. С. 38-41.