DOI: 10.7256/2453-8922.2023.1.40378

Аннотация: Предметом исследования предлагаемой статьи являются газовая составляющая криолитозоны. Если твёрдая и жидкая фазы мёрзлых пород изучены достаточно глубоко и системно, то газовая компонента исследована слабо и фрагментарно. Объектом исследования являются газонасыщенные мёрзлые грунты, их пространственное распределение и свойства. Исследования последних десятилетий показали, что газовая составляющая играет значительную роль в строении и свойствах мерзлых пород. Автор подробно рассматривает такие аспекты темы, как влияние газа на физико-механические свойства как талых, так и мерзлых грунтов. Особое внимание перекрытию газом капилляров в грунте, увеличению порового давления, ослаблению консолидации грунта и связей между грунтовыми частицами. Это, в свою очередь, выражается в снижении прочности и плотности при одновременном увеличении сжимаемости и пористости.      Новизна исследования заключается в том, что впервые был проведён сравнительный анализ данных по содержанию газовой составляющей давлению в ней и процессами, происходящими в мёрзлых породах. Особым вкладом автора в исследование темы является то, что показано влияние свободного газа на их физико-механические свойства. Актуальность рассматриваемой темы обусловлена необходимостью изучения закономерностей деформирования мёрзлых пород в зависимости от степени газонасыщения. В статье проанализировано состояния нормативной базы, учитывающей влияние газов на прочностные и деформативные свойства. Зафиксировано их практически полное отсутствие. Показана важность учёта возможного повышенного давления в газонасыщенных мёрзлых породах при разработке методик по проведению исследований и нормативных документов по их использованию в инженерно-геологических и проектных работах. Рассмотренные материалы свидетельствуют о том, что газонасыщенные мёрзлые грунты являются значительной и важной частью криолитозоны и их изучение должно осуществляться в рамках самостоятельного раздела геокриологии.

DOI: 10.7256/2453-8922.2021.3.35505

Аннотация: Предметом исследования являются мёрзлые породы, слагающие воронки газового выброса на севере Западной Сибири. Объектом исследования является криогенный фактор, обуславливающий формирование воронок газового выброса. Авторы указывают и обосновывают тезис, что воронки газового выброса являются криогенным феноменом и процессы подготавливающие взрыв не могут быть правильно осмыслены без учёта этих особенностей. Тепловые потоки, преобразования среды под действием давлений, фильтрация газа и другие процессы реализуются в мёрзлых породах, и проявляются в их структурных изменениях. Анализ материалов исследования воронок газового выброса, обнаруженных на севере Западной Сибири, позволил сделать обоснованный вывод, что поверхностные условия могут оказывать значительное влияние на формирование воронок газового выброса. Приводятся материалы, показывающие, что причиной возникновения высоких давлений в мёрзлой толще может являться разложение газогидратов. В статье особое внимание уделено рассмотрению гипотезы формирования воронок газового выброса за счёт локального прогрева и подачи газа с глубины. Показаны необходимые условия для этого. Приведены примеры использования геофизических методов для выделения газоподводящих каналов. В результате проведённого исследования делается вывод о том, что воронки газового выброса являются результатом саморазвития флюидодинамических геосистем, представляющих из себя локальные, ледогрунтовые газонасыщенные образовании, находящиеся в неравновесном термодинамическом состоянии по отношению к вмещающим многолетнемёрзлым породам. Развитие выделенных геосистем определяется парагенетическими связями между процессами фильтрации газа и деформаций газонасыщенного ледогрунтового материала (от вязкопластического движения до хрупкого разрушения). Особым вкладом авторов в исследование темы является рассмотрение поверхностных и глубинных механизмов возникновения неравновесных условий запускающих механизм подготовки взрыва. Новизна исследования заключается в разработке методики выявления процессов, обуславливающих выброс подземного газа, на основе анализа криогенных образований слагающих стенки воронок газового выброса.

DOI: 10.7256/2453-8922.2020.2.32698

Аннотация: Объектом исследования являются геосистемы газонасыщенных многолетнемёрзлых пород. В настоящее время теоретическая база изучения газовой составляющей в многолетнемёрзлых породах практически не разработана. В тоже время, теоретическая и практическая значимость данной проблемы в последние годы резко возросла. Это связано с выбросами газа при бурении скважин в мёрзлых породах, выявление значительной эмиссии парниковых газов в Арктике, обнаружение ранее неизвестных процессов в криолитозоне - образования воронок за счёт газового выброса. Основным методом, используемым в данной публикации, является анализ материалов исследований. Синтез полученных результатов осуществлялся на базе геосистемного подхода. В предлагаемой публикации впервые показано, что газонасыщенные зоны в сезонно- и многолетнемёрзлых породах имеют все признаки геосистем: локализацию в пространстве, границы, морфологию, индивидуальное строение и свойства, историю развития, жизненный цикл, иерархию. Выделено 5 типов данных геосистем: деятельного слоя; генетического типа; приуроченных к геологическим структурам; вторичных, связанных с разложением газогидратов в естественных условиях; техногенных (за счёт теплового или механического воздействия на гидратонасыщенные и газонасыщенные мерзлые породы). Предложены перспективные направления в изучении газонасыщенных геосистем криолитозоны и наиболее перспективные методы исследования.

DOI: 10.7256/2453-8922.2019.4.30997

Аннотация: Объектом исследования является процессы сопровождающие фильтрацию газа в мёрзлых породах. Предметом исследования являются образцы мерзлого грунта подвергавшиеся напорному воздействию газа. Впервые, в лабораторных условиях удалось выявить процессы сопровождающие фильтрацию газа в мёрзлом грунте. Особое внимание уделено изучению деформаций первичных криогенных текстур при фильтрации газа, находящегося под давлением. Проанализированы особенности распространения газовых флюидов в мёрзлом образце. Проведён сравнительный анализ криогенного строения мёрзлых образцов с подачей газа и без его воздействия. Сформулирован механизм напорной фильтрации газа в мёрзлых породах. При изучении образцов мёрзлого грунта, подвергшихся напорному воздействию газа, использовались методы текстурных и структурных исследований в проходящем, отражённом и поляризованном свете. Для выявления изменений происходящих в мерзлых образцах при напорном воздействии газа использовался метод сравнительного анализа. Установлено, что в мёрзлых породах фильтрация газа возможна при формировании соответствующих соотношений между характеристиками пород (прочностными, деформативными, структурными) и давлением внутригрунтового газа. Выявлено, что эти соотношения зависят от температуры образца. При одинаковом давлении, при низких значениях температуры образцов, фильтрации не происходит. При повышении температуры до значений -1 - -2 ºС начинается фильтрация. В природе эти соотношения определяются геологическими, ландшафтными и климатическими условиями. Впервые, в лабораторных условиях, с помощью структурных исследований удалось выявить процессы сопровождающие фильтрацию газа во льду.

DOI: 10.7256/2453-8922.2019.3.29627

Аннотация: Объектом исследования является проблема фильтрации газа в многолетнемёрзлых породах. В настоящее время, в геокриологии, возможность движения газовых флюидов предусматривается только в оттаявших (талых) породах. Предметом исследования являются процессы, обуславливающие и сопровождающие перераспределение газа в воронках газового выброса, а также в образцах искусственного льда, при напорном воздействии газа. Рассмотрены обобщённые данные по строению воронок и условий их формирования. Причиной возникновения воронок газового выброса является: образование в толще многолетнемёрзлых пород зон накопления подземного газа с аномально высоким давлением; фильтрация газа в высокотемпературные мерзлые породы и подземные льды; формирование газонасыщенных ледогрунтовых штоков и взрывное их разрушение. Особое внимание было уделено лабораторным исследованиям фильтрации газа в мёрзлых породах и льдах. Основным методом исследования является сравнительный анализ данных по изменению свойств мёрзлых грунтов и льдов при их нагревании в пределах отрицательных температур. При изучении образцов льда, подвергшихся напорному воздействию газа, использовались методы текстурных и структурных исследований в проходящем, отражённом и поляризованном свете. Установлено, что в мёрзлых породах и подземных льдах возможна фильтрация газа при формировании соответствующих соотношений между характеристиками пород (прочностными, деформативными, структурными), зависящими от их температуры и давлением внутригрунтового газа. Выявлено, что эти соотношения определяются геологическими, ландшафтными и климатическими условиями. Впервые, в лабораторных условиях, с помощью структурных исследований удалось выявить процессы сопровождающие фильтрацию газа во льду.