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