Сотрудники ИКЗ ТюмНЦ СО РАН подвели итоги изучения воронок газового выброса

Сотрудники Института криосферы Земли Тюменского научного центра СО РАН подвели итоги выполнения проекта по применению данных спутниковых и наземных инструментальных наблюдений для обнаружения, мониторинга и прогноза возникновения воронок газового выброса, финансируемого грантом Российского научного фонда.

Руководитель проекта – доктор геолого-минералогических наук, главный научный сотрудник Института криосферы Земли ТюмНЦ СО РАН Марина Оскаровна Лейбман.

За три года выполнения проекта был получен ряд принципиально новых данных по воронкам газового выброса (ВГВ). Их обобщение привело к формулированию теоретической модели ВГВ, включающей анализ природных условий районов формирования ВГВ, определяющих их пространственную локализацию, анализ факторов, обеспечивающих этот процесс, триггеров, приведших к их локализации во времени.

Первоначальные представления о природе ВГВ с получением значительного числа новых данных и широкого применения дистанционных материалов, не изменились, но дополнились.

Помимо разложения газовых гидратов и высвобождения газов из мерзлых пород и пластового льда при повышении их температуры, существования пластичного «газоупора» в виде толстого слоя пластового льда, явных следов его деформации, следует предположить существование коллектора, в котором газ накапливался до создания критического давления и вскрытия бугра.

Таким коллектором мог быть криопэг, существование которого соответствует системе представлений о характерном разрезе пород Центрального Ямала, и которым одновременно можно объяснить существование ярко выраженной ниши в нижней и средней части стенки ВГВ-1, не нашедшей ранее никакого объяснения.

Сравнение других озер с озерами ВГВ показало, что ямальские озера глубже, чем обычные термокарстовые озера. На их дне обнаружены воронкообразные углубления. Однако попытка объяснить эти углубления выходами метана по механизму формирования ВГВ на суше не увенчались успехом. Озера на месте ВГВ в первые же годы заполнились водой и породой со стенок, и заполнение начало промерзать. Так что по меньшей мере на ранних стадиях ВГВ представляют собой крайне неглубокие озера (не более 4 м в самом глубоком месте), неправильной формы. При таких ограниченных размерах и глубине не приходится ожидать их вторичного углубления за счет термокарстовых процессов и нового вскрытия источников эмиссии метана.

Геохимические процессы в озерах ВГВ при сопоставлении с фоновыми озерами показали, что на ранних стадиях гидрохимические особенности ВГВ резко отличаются от свойств фоновых озер. Их состав вскоре после формирования был близок к составу (в том числе и изотопному) пластовых льдов из стенок воронки. Из года в год за время наблюдений гидрогеохимические особенности озер ВГВ приобрели черты атмосферных осадков (дождевых и снеговых вод) и, таким образом, начали сближаться по структуре ионов и изотопов воды с водой фоновых озер. Поскольку скорость этого процесса высока (за 4-5 лет тренды изменения гидрохимического состава прошли половину пути к фоновым озерам), то считать особенности такого состава индикатором происхождения в результате эмиссии метана, также не приходится.

Главным представляется вопрос прогноза возможного появления новых ВГВ, поскольку они представляют значительные риски для коренных жителей — мигрирующих по району оленеводов, и для сооружений, основными из которых являются газопроводы и железная дорога. Представляется, что территории с большим числом скважин, пробуренных как при изысканиях и поиске залежей, так и непосредственно для строительства, вероятно, «стравливают» давление газа, формируют зоны повышенной проницаемости с выходом на поверхность и, тем самым, снижают риски неконтролируемого лавинообразного выхода метана.

На составленной в рамках проекта карте прогноза опасности образования ВГВ на основе космоснимка среднего разрешения Sentinel-2 показаны лишь крупные районы, в которых по сочетанию факторов (неглубокого залегания пластовых подземных льдов и значительной концентрации метана в верхних горизонтах пород) высока опасность возникновения ВГВ, а при обратном сочетании этих факторов опасность невелика.

Однако, основным методом поиска конкретных опасных участков по-прежнему стоит считать поиск «газовых» бугров, то есть, тех положительных форм рельефа, которые образовались на самых разных элементах поверхности, но выросли за короткое время (несколько десятилетий). По материалам снимков миссии CORONA была прослежена динамика бугров-предшественников известных ВГВ и скорость их роста. Несмотря на недостаточное разрешение и довольно плохое качество этих снимков, удалось оценить изменения размеров бугра за период между 1967-1969 гг. по материалам дешифрирования CORONA и 2010-2011 годами, для которых есть современные космоснимки. Оказалось, что за этот период, около 40-43 лет, бугры увеличились по площади примерно в 2 раза от примерно 20 до примерно 40 м.

В дальнейшем предполагается дополнить морфометрические индикационные признаки бугров-предшественников (БП) их спектральными характеристиками. Для этого будут установлены отличия спектральных характеристик известных бугров от характеристик окружающих поверхностей. Планируется морфометрический анализ цифровых моделей рельефа (ЦМР) для поиска объектов, подобных БП и ВГВ, а также полевыми и дистанционными методами уточнить и адаптировать разработанные ранее методики ландшафтного картирования для анализа опасности проявления криогенных процессов и картирования глубины залегания подземных льдов. Это позволит уточнить Карту прогноза формирования ВГВ и Карту распространения БП.