ISSN: 2079-5165, eISSN: 2410-7948, https://elibrary.ru/title_about.asp?id=32295; http://std.ifz.ru/
Наука и технологические разработки.
2017. Т. 96, № 3, с. 41–56. DOI: 10.21455/std2017.3-4
The metadata in English is presented at the end of the article!

 

УДК 551.345; 544.454

 

ПРИРОДНЫЕ ВЗРЫВНЫЕ ПРОЦЕССЫ
В КРИОЛИТОЗОНЕ

 

© 2017 г. А.Н. Власов1, А.Н. Хименков1, Д.Б. Волков-Богородский2,
Ю.К. Левин1

1Институт прикладной механики РАН, г. Москва, Россия

2Институт геоэкологии РАН им. Сергеева, г. Москва, Россия

Автор для переписки: А.Н. Хименков, e-mail: a_khimenkov@mail.ru

 

Главное

 

описаны два типа естественных взрывных процессов в многолетнемерзлых породах

взрывы гидролакколитов и наледных бугров вызваны замерзанием воды замкнутых объемов

второй тип — выброс подземных газов при диссоциации газогидратов мерзлых пород

рассмотрена стадийность протекания естественных взрывных процессов

показаны особенности подготовки взрывных процессов при разложении газогидратов

 

Аннотация. Рассмотрены группы естественных взрывных процессов на территории распространения многолетнемерзлых пород. Одна группа описана давно и связана с промерзанием воды в замкнутых условиях (взрывы гидролакколитов и наледных бугров), другая выделена лишь недавно — в последние 3 года. Она связана с выбросом подземных газов, сформировавшихся при диссоциации газогидратов, которые содержатся в многолетнемерзлых породах. Причиной взрыва в обоих случаях является формирование избыточного давления в грунтовом массиве, содержащем свободную воду или газ. После того как давление превысит предел прочности кровли мёрзлых пород, происходит ее выброс. Можно отметить ряд общих черт при подготовке взрывных процессов в криолитозоне. Во-первых, это наличие локальной зоны, где сосредоточено вещество, формирующее взрыв: перемерзающее русло грунтового водного потока, зона концентрации воды в промерзающем грунтовом массиве, залегание газогидратов в мерзлом грунтовом массиве. Во-вторых, возникновение давления, сжимающего вещество. В-третьих, образование деформаций в перекрывающих породах. Если скорость нарастания давления небольшая и кровля успевает деформироваться, возникают пластические деформации. Это приводит к формированию бугров пучения, выраженных в рельефе. При быстром возрастании давления область пластических деформаций может не возникать. В-четвертых, это сам взрыв. По описанию многих авторов взрывное воздействие у объектов различного происхождения имеет общие черты: выброс газонасыщенной воды, газа, обломков грунта и льда, разбросанных на десятки, а иногда и на сотни метров. При разложении газогидратов в мерзлом грунте поначалу образуются микротрещины. Прорастая под достаточно высоким давлением высвобождаемого газа, они образуют поднимающиеся вверх субвертикальные каналы и вытянутые поры. Выходу на поверхность содержащемуся в них газу препятствует довольно прочная монолитная «крышка» (вышележащий слой ледогрунта). В результате невозможности его выхода на поверхность под «крышкой» образуется трещиновато-пористая структура мерзлого грунта. Затем с ростом давления в результате фильтрации газа от источника разложения газогидратов ширина раскрытия трещин и размер пор увеличивается. Они начинают сливаться, образуя полость, в которую продолжает фильтровать газ. При превышении предела прочности «крышка» не выдерживает напряжений, и накопившаяся потенциальная энергия газа в полости высвобождается (переходит в кинетическую) посредством взрыва. По мере освоения Арктики опасность взрывных процессов для инженерных сооружений будет возрастать. Тем не менее данная группа не только не учитывается при расчетах и прогнозах, но даже не включена в группу опасных геологических процессов.

Ключевые слова: криолитозона, газогидраты, гидролакколит, взрыв, воронка, стадийность, диссоциация

Цитируйте эту статью как: Власов А.Н., Хименков А.Н., Волков-Богородский Д.Б., Левин Ю.К. Природные взрывные процессы в криолитозоне // Наука и технологические разработки. 2017, том 96, № 3, с. 41–56. [Тематический выпуск «Прикладная геофизика: новые разработки и результаты. Часть 1. Сейсмология и сейсморазведка»]. DOI: 10.21455/std2017.3-4

 

Литература

 

Андреев В.И. Гидролакколиты (булгунняхи) в Западно-Сибирских тундрах // Известия Государственного географического общества. 1936. Т. 68, вып. 2. С. 186–210.

Баженова О.И. Современная динамика озерно-флювиальных систем онон-торейской высокой равнины (Южное Забайкалье) // Вестник Томского государственного университета. 2013. № 371. С. 171–177.

Богомолов Н.С., Скляревская А.Н. О взрывах гидролакколитов в южной части Читинской области // Наледи Сибири. М.: Наука, 1969. С. 127–130.

Богоявленский В.И. Выбросы газа и нефти на суше и акваториях Арктики и Мирового океана // Бурение и нефть. 2015. № 6. с. 4–10.

Богоявленский В.И., Гарагаш И.А. Математическое моделирование процесса образования кратеров газового выброса в Арктике // Арктика. Экология и экономика. 2015. № 3. С. 12–17.

Власов А.Н, Саваторова В.Л., Талонов А.В. Использование метода многомасштабного усреднения для описания процессов массопереноса в геоматериалах органического происхождения // Механика композиционных материалов и конструкций. 2016. Т. 22, № 3. С. 362–377.

ГОСТ Р 22.0.08-96. Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Техногенные чрезвычайные ситуации. Взрывы. Термины и определения. М.: ИПК Издательство стандартов, 1996.

Грива Г.И. Геоэкологические условия разработки газовых месторождений полуострова Ямал: автореф. дисс. ... д-ра геол.-мин. наук. Надым, 2006. 41 c.

Девисилов В.А., Дроздова Т.И., Тимофеева С.С. Теория горения и взрыва. Практикум: учебное пособие. М.: ФОРУМ, 2012. 352 с.

Дядин Ю.А., Гущин А.Л. Газовые гидраты // Соросовский Образовательный журнал. 1998. Вып. 3. С. 55–64.

Кизяков А.И., Сонюшкин  А.В., Лейбман М.О., Зимин М.В., Хомутов А.В. Геоморфологи-ческие условия образования воронки газового выброса и динамика этой формы на центральном Ямале // Криосфера Земли. 2015. Т. XIX, № 2. С. 15–25.

Петров В.Г. Наледи на Амурско-Якутской магистрали. Л.: Изд-во АН СССР, 1930. 177 с.

Природные опасности России. Геокриологические опасности / Л.С. Гарагуля, С.Н. Бул-дович, В.Е. Романовский и др. Москва: фирма «КРУК», 2000. 315 с.

Стругов А.С. Взрыв гидролакколита (Читинская область) // Природа. 1955. № 6. С. 117.

Хименков А.Н., Сергеев Д.О., Станиловская Ю.В., Власов А.Н., Волков-Богородский Д.Б. Преобразование многолетнемерзлых пород при диссоциации газогидратов // Материалы международной конференции по мерзлотоведению «Earth’s Cryosphere: Past, Present and Future», Пущино. 2017. С. 131–132.

Эпов М.И., Ельцов И.Н., Оленченко В.В., Пота-пов В.В., Кушнаренко О.Н., Плотников А.Е., Синицкий А.И. Бермудский треугольник Ямала // Наука из первых рук. 2014. Т. 59, № 5. С. 14–23.

Leibman M.O., Kizyakov A.I., Plekhanov A.V., Streletskaya I.D. New permafrost feature — deep crater in central Yamal (West Siberia, Russia) as a response to local climate fluctuations // Geography environment. 2014. V. 7, № 4. P. 68–80. DOI: 10.15356/2071-9388_04v07_2014_05

Mackay J.R. Pingos of the Tuktoyaktuk Peninsula Area, Northwest Territories // Geogr. Phis. Quart. 1979. V. 33, № 1. P. 3–61. DOI: 10.7202/ 1000322ar

Mackay J.R. Pingo Growth and collapse, Tuktoyaktuk Peninsula Area, Western Arctic Coast, Canada: a long-term field study // Géographie physique et Quaternaire. 1998. Vol. 52, No. 3. P. 271–323. DOI: 10.7202/004847ar

Savatorova V.L., Talonov A.V., Vlasov A.N., Volkov-Bogorodskiy D.B. Brinkman’s filtration of fluid in rigid porous media: multiscale analysis and investigation of effective permeability // Composites: Mechanics, Computations, Applications: An International Journal. 2015. Vol. 6, No. 3. pp. 239–264. DOI: 10.1615/CompMechComput ApplIntJ.v6.i3.50

Savatorova V.L., Talonov A.V., Vlasov A.N., Volkov-Bogorodsky D.B. Multiscale modeling of gas flow through organic-rich shale matrix // Composites: Mechanics, Computations, Applications: An International Journal. 2016. Vol. 7, No. 1. P. 45–70. DOI: 10.1615/CompMechComputApplIntJ.v7.i1.40

Vlasov A.N., Savatorova V.L., Talonov A.V. The use of the multiscale averaging method for describing mass transfer processes in organic materials of geomaterials, Mekhanika kompozitsionnykh materialov i konstruktsiy (Mechanics of Composite Materials and Structures), 2016, Vol. 22, No. 3, pp. 362–377.

 

Сведения об авторах

 

ВЛАСОВ Александр Николаевич  доктор технических наук, директор, Институт прикладной механики Российской академии наук (ИПРИМ РАН). 125040, Россия, Москва, Ленинградский проспект д. 7, стр. 1. E-mail: iam@iam.ras.ru

 

ХИМЕНКОВ Александр Николаевич  кандидат геолого-минералогических наук, ведущий научный сотрудник, Институт геоэкологии им. Е.М. Сергеева Российской академии наук (ИГЭ РАН). 101000, Москва, Уланский переулок, д. 13, стр. 2, а/я 145. E-mail: a_khimenkov@mail.ru (автор для переписки)

 

ВОЛКОВ-БОГОРОДСКИЙ Дмитрий Борисович  кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник, Институт прикладной механики Российской академии наук (ИПРИМ РАН). 125040, Москва, Ленинградский проспект д. 7, стр. 1. E-mail: v-b1957@yandex.ru

 

ЛЕВИН Юрий Константинович  кандидат технических наук, заведующий лабораторией, Институт прикладной механики Российской академии наук (ИПРИМ РАН). 125040, Москва, Ленинградский проспект д. 7, стр. 1. E-mail: iam-ras@mail.ru