ВВЕДЕНИЕ

Подземный лед представляет собой неотъемлемую составную часть толщи мерзлых пород, обусловливающую специфику их физико-механических свойств и потенциальную опасность для хозяйственного освоения криолитозоны. Он присутствует в мерзлых породах в виде цемента, отдельных включений: прожилок, прослоек и гнезд кристаллов, крупных прослоев и линз, а также монолитных ледяных тел разной формы и размеров.

Наиболее удивительным феноменом криолитозоны являются мощные, до нескольких десятков метров, и протяженные, до нескольких сотен метров, ледяные тела, залегающие на разной глубине. Их выходы многократно зафиксированы и детально изучены в различных районах на севере России, Аляски и Канады [Дубиков, Корейша, 1964; Баулин и др., 1967; Втюрин, 1975; Романовский, 1977; Трофимов и др., 1975; Гасанов, 1981; Пластовые льды..., 1982; Дубиков, 1983, 2002; Карпов, 1984, 1986; Соломатин, 1986; Данилов, 1990; Маскау, 1983 и др.]. В конце прошлого столетия в связи с разведкой нефтегазовых месторождений на Баренцово-Карском шельфе установлено существование мощных ледяных залежей вблизи поверхности морского дна под слоем морской воды мощностью более 100 м [Мельников, Спесивцев, 1995; Мельников, Спесивцев, Куликов, 1997].

Широкое развитие залежеобразующих подземных льдов в северных районах криолитозоны Западной Сибири существенным образом осложняет ее хозяйственное освоение. Льды эти являются важным компонентом геокриологических условий, определяющим устойчивость геологической среды, и ведущим рельефообразующим фактором. Мощные подземные льды представляют собой основную геоэкологическую опасность при освоении нефтегазовых месторождений Ямала и Гыдана. Вытаивание залежеобразующих льдов приводит к высокой аварийности промысловых и разведочных скважин вследствие кавернообразования их стенок и формирования воронок проседания в их приустьевых частях. Одновременно происходит деформация и разрушение элементов инфраструктуры: инженерных сооружений, хозяйственных построек, трубопроводов.

Вытаивание ледяных тел, залегающих близко к поверхности земли, вызывает интенсивное, нередко катастрофическое, развитие сложного комплекса криогенных процессов, изменяющих облик современного рельефа. По данным натурных наблюдений, скорость отступания бровки обрывов береговых обнажений озерных и речных террас, а также морских берегов, сложенных льдистыми отложениями, вмещающими подземные льды, превышает десять метров за летний сезон [Толстихии, 1965; Неизвестнов, 1981; Крицук, Дубровин, 2000, 2006]. Наконец, с вытаиванием залегающих близко к поверхности земли ледяных массивов связано широкое развитие быстропротекающих термоденудационных процессов, приводящих к сокращению существующих и исчезновению существовавших ранее многочисленных полярных островов, отмеченных на средневековых географических картах. Так, например, Н.А. Солнцев приводит данные об островах в Печорском море, исчезнувших в историческое время. Это «Земля Виллуоби», открытая в 1553 г.; остров Витсена, открытый в 1688 г. в 25 милях к северо-востоку от острова Колгуев, и остров Скобка, указанный на старинной рукописной лоции в юго-восточной части моря между устьем Печоры и Новой Землей [Геокриология СССР, Европейская часть, с. 261]. По данным наблюдений на полярной станции Марре-Сале, на западном побережье полуострова Ямал береговая линия с 1913 г. отступила за счет термоэрозионно-абразионных процессов примерно на 200 м.

В связи с открытием и предстоящим освоением на полуостровах Ямал и Гыдан уникальных нефтегазовых месторождений важнейшей задачей инженерно-геологического и геоэкологического картографирования в настоящее время является выяснение закономерностей пространственного размещения макроледяных тел региона в целом и в пределах площадей нефтегазовых месторождений для оптимального размещения буровых скважин, элементов инфраструктуры и планирования природоохранных мероприятий. Особую сложность представляет выявление на местности и картографирование не выраженных в рельефе мощных залежеобразующих подземных льдов.

Таким образом, знание закономерностей формирования и распределения по площади мощных залежеобразующих льдов является важнейшим условием рационального ведения хозяйства в криолитозоне. Однако, несмотря на неослабевающий интерес исследователей криолитозоны к проблеме генезиса этих образований и обилие фактического материала, проблема эта до сих пор не решена. Предложен ряд взаимоисключающих гипотез образования этих льдов; имеется огромное количество публикаций, посвященных подземным льдам разных районов криолитозоны, как в нашей стране, так и за рубежом; существует ряд монографических работ как теоретического, так и регионального плана [Шумский, 1955; Втюрин, 1975; Гросвальд, 1983; Данилов, 1990; Дубиков; 2002 и др.]. Вместе с тем расширение географии исследований и применение новых методов сопровождаются ростом круга исследователей и появлением все новых гипотез. При этом зачастую разными исследователями предлагается различный механизм образования одних и тех же ледяных тел.

В настоящей работе нашли отражение результаты многолетних геокриологических исследований автора на севере Западной Сибири и в соседних районах в составе экспедиций различных организаций (МГУ, ИНИМС АН СССР и ВСЕГИНГЕО), а также анализа новейших материалов геолого-структурного и гидрогеологического изучения Западно-Сибирской плиты. Автором разрабатывалась и опробовалась комплексная методика изучения залежеобразующих подземных льдов в процессе инженерно-геокриологических работ института ВСЕГИН ГЕО на нефтегазовых месторождениях полуостровов Ямал и Гыдан [Методич. руководство..., 1992]. Специальными исследованиями, включавшими детальные электроразведочные работы, бурение и криолитологическое изучение керна скважин, структурно-текстурных особенностей ледяных тел и вмещающих их пород в береговых обнажениях рек, озер и моря, а также ландшафтно-индикационные исследования, были установлены основные особенности морфологии исследованных подземных льдов; ландшафтные индикаторы их близкого залегания к поверхности; генетические критерии льдов, а также разработана комплексная методика их изучения, которая затем была опробована на западном побережье Карского моря в районе полярной станции Марре-Сале [Крицук, 1990, 2001, 2005; Крицук, Дубровин, 2000]. Весьма перспективным оказалось широкое использование гидрохимических и изотопных методов исследования, позволившее выявить генетические особенности самих льдов и вмещающих их пород [Анисимова, Крицук, 1983; Крицук, Поляков, 1989, 2005; Kritsuk, Polyakov, 1993].

Сочетание региональных инженерно-геокриологических и ландшафтно-индикационных работ с детальными комплексными исследованиями на опорных участках позволили автору выявить основные закономерности формирования и пространственной изменчивости геокриологических условий и их особенности в пределах различных частей региона; предложить оригинальное решение проблемы происхождения мощных залежеобразующих подземных льдов на севере Западной Сибири и по-новому взглянуть на плейстоценовую историю региона.

Автор считает своим долгом поделиться результатами собственного сорокалетнего изучения подземных льдов и условий их существования в разных районах Западной Сибири, а также соседнего региона (Норильский район).

Настоящая работа содержит анализ богатейшего фактического материала, полученного автором или при ее непосредственном участии в процессе специальных комплексных исследований мощных подземных льдов на опытных участках, а также материалы других исследователей по широко известным в России и за рубежом обнажениям мощных подземных льдов в устье реки Сеяха (Зеленая) на Западном побережье Обской Губы и «Ледяной Горы» в долине реки Енисей. Личное знакомство автора книги с этими участками, к сожалению, ограничилось лишь аэровизуальными наблюдениями в первом случае и обзорной экскурсией во втором. Однако анализ опубликованных фактических материалов по этим участкам [Карпов, 1986; Болиховский, 1987; Кузнецова, Карпов, 1988; Васильчук, 1992; Pewe, 1989 и др.] и геолого-структурной обстановки этих районов, а также сравнение состава, строения и свойств подземных льдов и вмещающих их пород с детально изученными автором, позволило ей не согласиться с выводами предыдущих исследователей относительно генезиса и механизма образования изученных ими льдов.

Книга иллюстрирована большим количеством фотоизображений ландшафтных условий районов опытных участков (КС и АФС), а также многочисленных обнажений подземных льдов, в том числе и их изменений в разные годы. При этом в подавляющем большинстве случаев в работе приведены авторские фотографии. В иных случаях авторы фотографий указаны в подрисуночных подписях.

Автор выражает благодарность всему коллективу сотрудников института ВСЕГИНГЕО, с которым и пришлось долгие годы делить тяготы трудной полевой жизни, добывая по крупицам объективные знания о природных процессах в криолитозоне Западной Сибири, а также руководителям инженерно-геокриологических исследований Е.С. Мельникову и В.А. Дубровину, предоставившим возможность удовлетворения научной любознательности автора.

Автор благодарна Н.П. Анисимовой и В.А. Полякову, которые познакомили ее с новейшими методами исследований грунтов и льдов и постоянно оказывали помощь в анализе и интерпретации получаемых результатов, а также С.Е. Гречищеву за консультации по вопросам механики мерзлых грунтов.

Автор искренне благодарит гидрогеологов Л.А. Островского и М.С. Голицина за проявленный интерес к настоящему исследованию.

Автор благодарна аналитикам И.К. Кирюхиной, Н. А. Безденежныхи А. Ф. Бобкову, которые выполнили большой объем лабораторных гидрохимических и изотопных исследований, и О.Г. Зориной, сделавшей гигантскую работу по переводу иллюстраций в цифровую форму, а также Н.В. Ястребе за помощь в подготовке рукописи к изданию. Автор особо благодарна доктору геолого-минералогических наук профессору В.С. Круподерову, взявшему на себя труд по рецензированию монографии.

Наконец, автор чрезвычайно благодарна редактору, доктору геолого-минералогических наук профессору О.Н. Толстихину за его внимательное отношение к рукописи, ценные советы и замечания, позволившие улучшить структуру работы и качество иллюстрационного материала.

Книга предназначена для широкого крута специалистов разного профиля, связавших свою жизнь с севером Западной Сибири, а также может быть полезна студентам геологических и географических факультетов высших учебных заведений.

К ОГЛАВЛЕНИЮ

Текст оцифровал: Д.Урванцев