ВВЕДЕНИЕ

В условиях расширяющихся масштабов освоения нефтегазовых месторождений, расположенных в высоких широтах, в области распространения многолетнемерзлых горных пород все большее значение приобретает умение предвидеть динамику мерзлотно-геоэкологических изменений территории в условиях интенсивной техногенной нагрузки. В криолитозоне ландшафты обладают пониженной устойчивостью к внешним воздействиям, поскольку в их литогенной основе содержится лед – самый низкотемпературный и потому термодинамически неустойчивый, предрасположенный к фазовым превращениям минерал верхних горизонтов земной коры.

АНАЛИЗ И ОБСУЖДЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ

Территория газово-конденсатного месторождения «Бованенково» является классическим типоморфным районом широкого распространения пластовых льдов, поэтому сделанные здесь выводы являются репрезентативными для значительной части территории севера Западной Сибири [Васильчук и Васильчук, 2010; Втюрин, 1975]. Границы распространения, условия и глубина залегания мощных залежей пластовых льдов [Соломатин, 2008; Соломатин и др., 1993; Соломатин и Коняхин, 1997; Solomatin & Konyakhin, 1993] приобретают особое значение для учета активизации деструктивных процессов в случае прогнозируемого потепления климата. Понятно, что с деградацией пластовых льдов будут активно развиваться самые разнообразные криолитогенные и постмерзлотные процессы. Разумеется, существенное значение для стабильности криогенных условий и морфогенеза территории играет температурный режим в кровле мерзлой толщи. Однако наличие мощных залежей пластового льда в приповерхностных горизонтах в длительной перспективе непременно проявится при любых температурах грунтов: со временем в понижениях неизбежны термокарстовые просадки из-за скопления воды, на возвышенных участках рельефа непременно возникнет термоденудация. До настоящего времени попытки оценить площадное распространение пластовых льдов практически не проводились. В условиях труднодоступной Арктики особое значение имеет разработка дистанционных методов исследований этой проблемы.

Для дешифрирования пластовых льдов, не имеющих (в отличие от инъекционных) очевидных ландшафтно-геоморфологических признаков распространения, наиболее перспективным является использование компьютерной программы, способной учесть и сопоставить десятки косвенных ландшафтно-геоморфологических признаков. К числу косвенных признаков пластовых льдов относятся: наличие мощных термокарстовых цирков, озера, расположенные на разных гипсометрических отметках водораздельных поверхностей и имеющие значительные глубины, иногда с днищами ниже уреза моря, при небольшой площади повышенная активность склоновых процессов, глубокие речные меандры, конуса выноса, оплывины термоденудационного материала и ряд других. Все они закладываются в автоматизированную программу дешифрирования ареалов и глубины залегания пластов. Выявленные на аэрофотоснимках контуры залегания пластовых льдов классифицировались по глубине залегания кровли пластовых льдов в естественных условиях 1-3, 3-5, 5-10 и более 10 м. Понятно, что чем глубже залегает лед, тем позже термоденудация достигнет кровли ледяных залежей.

Настройка компьютерной программы распознавания ареалов и глубины залегания пластов проводилась по 175 эталонным скважинам, в разрезе которых инструментально зафиксированы границы и глубины кровли льдов. По результатам дешифрирования программа составила карту пластовых льдов. Общая точность дешифрирования пластовых льдов оказалась равной 73%. Есть основания надеяться, что программа может совершенствоваться, а точность дешифрирования повышаться.

Анализ полученных материалов показывает, что на значительной части месторождения «Бованенково» залежи пластовых льдов располагаются на небольшой глубине от подошвы сезонно-талого слоя (СТС) и, следовательно, весьма уязвимы в случае его увеличения. Среднемноголетние значения мощности СТС минеральных грунтов района варьируются от 0.8 до 1.6 м [Пармузин и Суходольский, 1982]. По наблюдениям А.В. Павлова [Павлов и Малкова, 2005] и других авторов в районе Марре-Сале с 1978 по 1995 г. глубины СТС в наиболее теплые и холодные летние периоды различаются в 1.3-1.4 раза для урочищ с достаточно мощным органическим покровом и в 1.1-1.2 раза для прочих территорий. Соответственно, колебания глубины СТС относительно среднемноголетних значений составляют 0.5-20%. Таким образом, в наиболее теплые летние периоды мощность СТС в районе месторождения может достигать 1-1.9 м. Очевидно, что при потеплении климата ее увеличение будет более значительным. Расчеты А.В. Павлова показывают, что уже к 2020 г. региональное повышение температуры грунтов Западной Сибири составит от 0.5°C в геоморфологических понижениях до 1.5°C на повышенных элементах рельефа со сдуваемым снежным покровом. Это приведет к увеличению сезонного протаивания на 15-20%. Между тем именно к повышенным элементам рельефа приурочены приповерхностные залежи льдов. Расчетная величина СТС, обусловленная прогнозируемым потеплением климата к 2020 г., практически совпадает с глубиной современного оттаивания грунтов в наиболее теплые летние периоды. Это позволяет предположить, что фоновый уровень активности мерзлотно-геоморфологических процессов в это время будет таким же, как в годы максимального оттаивания СТС. Последнее увеличение мощности СТС до глубины залегания пластовых льдов наблюдалось на территории месторождения в 1989 г. и привело к катастрофическому увеличению количества оползней, солифлюкционных оплывин, активизации процессов термокарста и термоэрозии. Так, например, на территории всего в 90 км² было зафиксировано более 350 новых оползней, тогда как в 1988 г. обнаружено только три оползня возрастом от нескольких лет до нескольких десятилетий [Дубиков и Корейша, 1964]. Г.В. Ананьева [1997] отмечает площадное развитие оползней-сплывов на проектируемой трассе Обская-Бованенково, хотя ранее здесь они были единичными и небольшими по площади. Резкая активизация оползневых процессов наблюдалась и в других районах Ямала и Гыдана с приповерхностным залеганием пластовых льдов.

В соответствии с цикличным ходом температур следует ожидать, что в двадцатые годы XXI века, так же как и в настоящее время, максимальная глубина сезонно-талого слоя будет на 5-20% выше среднемноголетних значений. Это приведет к увеличению глубины оттаивания грунтов до 1.2-2.3 м и к быстрому вытаиванию большого количества пластовых льдов, залегающих на глубинах 1-3 м.

Помимо интенсивного развития термокарста, термоэрозии и оплывин следует ожидать, что просадки поверхности грунтов на значительных территориях приведут к перераспределению существующего поверхностного стока (в пределах останцов террас), что в свою очередь даст импульс развитию линейной эрозии и дальнейшей дестабилизации склонов, увеличению количества и размеров оползней и активизация солифлюкции и других деструктивных процессов на рассматриваемой территории. К 2050 г. А.В. Павлов прогнозирует дальнейшее увеличение температуры грунтов на 1.5-2°C, и в этом случае резко увеличится количество и объем вытаявшего льда, а многие залежи полностью исчезнут.

В самом общем виде оценить последствия полного вытаивания приповерхностных залежей пластовых льдов можно на основе учета их мощности в разрезе мерзлых отложений. Такая попытка была сделана нами на основе типизации геологических разрезов рыхлых отложений южной части «Бованенково». Ледяные пласты подстилаются мелкопесчаными отложениями кровли сеяхинской свиты [Гречищев и др., 1990]. Перекрываются и замещаются по простиранию тяжелыми суглинками с крупносетчатой криогенной текстурой. Гипсометрическое положение ледяных пластов изменчиво. Подошва пластов лежит в интервале от 10 до 15 м (абс. отм.). Положение кровли варьируется от 27 до 3 м. Инструментально прослеженная площадь отдельных пластов превышает несколько десятков квадратных километров.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Анализ полученных материалов показывает, что в пределах водоразделов пластовые льды составляют от 10 до 70% видимой части разреза мерзлых отложений. В случае полного вытаивания пластовых льдов до отметки уровня моря произошло бы кардинальное изменение рельефа «Бованенково». Общая высота останцов террас (фоновые отметки) понизились бы на 5-10 м, одновременно их поверхность оказалась бы расчлененной серией довольно узких (100-400 м), но очень глубоких ложбин, имеющих в южной части «Бованенково» преимущественно северо-восточную ориентировку, причем днища этих ложбин во многих случаях находились бы ниже уровня современной поймы. Все это привело бы к полному перераспределению поверхностного стока и катастрофической активизации термокарстовых, термоэрозионных, склоновых и других деструктивных мерзлотных процессов, что в совокупности чревато полным разрушением существующей инфраструктуры месторождения (особенно линейных инженерных сооружений - газопроводов, дорог, теплотрасс и т.д.) и имело бы самые неблагоприятные экологические последствия.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ананьева Г.В. В кн.: Итоги фундаментальных исследований криосферы Земли в Арктике и Субарктике. Новосибирск: Наука, 1997. С. 116-123.

2. Васильчук Ю.К., Васильчук А.К. Пластовые ледяные залежи в пределах Бованенковского ГКМ (Центральный Ямал) // Инженерная геология. 2010. № 3. С. 50-67.

3. Втюрин Б.И. Подземные льды СССР. М., 1975.

4. Гречищев С.Е. и др. Отчет по теме «Усовершенствовать и внедрить комплекс методов и разработать методическое руководство по изучению и прогнозу гидрогеологических и геокриологических условий при геологоразведочных работах на нефть и газ». ВСЕГИНГЕО, 1990.

5. Дубиков Г.И., Корейша М.М. Инъекционные ископаемые льды на полуострове Ямал // Изв. АН СССР. Сер. геогр. 1964. № 5. С. 58-65.

6. Павлов А.В., Малкова Г.В. Современные изменения климата на Севере России. Новосибирск: Гео, 2005. 54 с.

7. Пармузин С.Ю., Суходольский С.Е. Пластовые льды криолитозоны. Якутск, 1982. C. 56-62.

8. Соломатин В.И. // Криосфера Земли. 2008. Т. XII. № 1. С. 41-50.

9. Соломатин В.И., Коняхин М.А., Николаев В.И., Михалев Д.В. // Материалы гляциологических исследований. 1993. № 7. С. 139-149.

10. Соломатин В.И., Коняхин М.А. В сб.: Итоги фундаментальных исследований криосферы Земли в Арктике и Субарктике. Новосибирск, Наука, 1997. С. 173-182.

11. Solomatin V.I., Konyakhin M.A. // Permafrost VI Intern. Conf. Proceedings. Beijing, China, South China University of Technology Press, Wushan, Guangzhou, 1993. V. 1. P. 937-941.

Ссылка на статью:

Соломатин В.И., Коняхин М.А. Прогноз геоэкологических изменений территории месторождения «Бованенково» (п-ов Ямал) // Доклады РАН. 2012. Т. 446. № 2. С. 209-211.