Основы комплексного геокриолого-геофизического анализа для исследования многолетнемерзлых пород и газогидратов на арктическом шельфе России

Активное освоение Российской Арктики в последние 10 лет требует актуальных данных о несущей способности пород на арктическом шельфе РФ. Для оценки несущей способности грунтов необходимы современные знания о распространении и состоянии многолетнемерзлых пород на арктическом шельфе. Рассмотрены обоснование и возможности предлагаемого комплексного геокриолого-геофизического анализа. Методика исследований включает морские электроразведочные и буровые работы на шельфе, термометрические наблюдения в пробуренных скважинах, лабораторные испытания грунтов, моделирование электромагнитного и теплового полей на шельфе. Показано, что наиболее информативный геофизический метод для изучения многолетнемерзлых пород на шельфе — электромагнитное зондирование методом становлением поля (ЗСБ). Наиболее информативным геофизическим методом для изучения многолетнемерзлых пород в транзитной зоне суша–шельф представляется частотное электромагнитное зондирования (ЧЗ). Приведены примеры стандартной интерпретации геофизических данных и инверсии геофизических данных в режиме фиксированных значений модельного удельного электрического сопротивления. На примере Приямальского шельфа показано, что стандартная интерпретация не позволяет получить однозначное решение геокриологических задач на шельфе. В случае инверсии геофизических данных в режиме толстослоистых моделей и фиксированных модельных удельных электрических показателей необходимы результаты определения электрических свойств грунтов в лаборатории. Важные составляющие предлагаемого комплекса — буровые и термометрические исследования, обеспечивающие проверку результатов геофизической инверсии. Измерение температуры грунтов в выстоянных скважинах особенно важно в условиях арктического шельфа. Завершают комплекс исследований расчеты тепловых моделей. Совместный анализ геоэлектрических и тепловых моделей позволяет оценить глубину до подошвы многолетнемерзлых пород, а также мощность газогидратных толщ. Применение разработанного комплекса исследований на шельфе Печорского, Карского, Лаптевых, Чукотского морей позволило получить новые представления о распространении, сплошности и состоянии многолетнемерзлых пород и развитии газогидратов на шельфе морей Российской Арктики.

1. Жигарев Л.А. Океаническая криолитозона. М.: Издво Моск. ун-та, 1997. 320 с.

2. Зыков Ю.Д., Кошурников А.В., Пушкарев П.Ю. Применение частотного электромагнитного зондирования при проектировании газопроводов // Инженерные изыскания. 2008. № 3. С. 70–74.

3. Зыков Ю.Д., Мотенко Р.Г., Кошурников А.В. и др. Экспериментальное исследование влияния нефтяного загрязнения на теплофизические и геофизические свойства засоленных мерзлых и оттаивающих дисперсных грунтов // Вестн. Моск. государственного областного ун-та. 2013. № 1. С. 1–17.

4. Зыков Ю.Д., Скворцов А.Г., Кошурников А.В., Погорелов А.А. Информативность геофизических исследований при инженерных изысканиях в криолитозоне // Инженерные изыскания. 2009. № 12. С. 57–63.

5. Кошурников А.В., Демидов Н.Э. и др. Информативность геофизических методов разведки при решении геокриологических задач на суше и шельфе // Российские полярные исследования. 2019. № 2. С. 17–23.

6. Кошурников А.В., Зыков Ю.Д., Пушкарев П.Ю., Хасанов И.М. Электромагнитные исследования при инженерно-геологических изысканиях в криолитозоне // Разведка и охрана недр. 2008. № 12. С. 25–26.

7. Кошурников А.В., Тумской В.Е., Шахова Н.Е. и др. Первый опыт электромагнитного зондирования для картирования кровли подводной мерзлоты на шельфе моря Лаптевых // Докл. РАН. 2016. Т. 469, № 5. С. 616–620.

8. Пушкарев П.Ю., Кошурников А.В., Джалилов Ф.Ф., Кириаков В.Х. Патент: Способ геоэлектроразведки и устройство для его осуществления, № 2280269, 20 июля 2006 г. Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам // Бюлл. № 20 от 20.07.2006.

9. Романовский Н.Н. Основы криогенеза литосферы. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1993.

10. Тюрин А.И., Исаев В.С., Сергеев Д.О. и др. Совершенствование полевых методов инженерно-геокриологических исследований // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 4. Геология. 2019. № 2. С. 70–81.

11. Фролов А.Д. Электрические и упругие свойства мерзлых пород и льдов. Пущино, 2005.

12. Хименков А.Н., Гагарин В.Е., Кошурников А.В. и др. Лабораторное моделирование процессов формирования криогенного строения морских отложений // Криосфера Земли. 2018. Т. 22, № 3. С. 40–51.

13. Isaev V.S., Koshurnikov A.V., Pogorelov A.A. et al. Cliff retreat of permafrost coast in the southwest Baydaratskaya Bay of Kara Sea during 2005–2016 // Permafrost and Periglacial Processes. 2019. N 30. С. 35–47.