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