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: 10.7256/2453-8922.2021.2.35500

Аннотация: Предметом исследования является криогенные образования, обнаруженные в воронках газового выброса, выявленные на севере западной Сибири. Объектом исследования являются криогенные процессы подготавливающие взрыв, формирующий воронку газового выброса. В основу изучения криогенных структур, слагающих стенки воронок газового выброса, положен структурно генетический анализ, позволяющий выявить как особенности первичного криогенного строения мёрзлой породы, так и изменённые в результате динамометаморфизма криогенные текстуры. Авторы подробно рассматривают такие аспекты темы как общая направленность пластических и разрывных деформаций под воздействием высоких давлений. Анализируется роль фильтрации внутригрунтового газа в трансформации первичного криогенного строения. Особое внимание уделяется закономерностям возникновения и развития локальной геодинамической системы обуславливающей в конечном итоге формирование воронки газового выброса. Новизна исследования заключается в выявлении парагенетических связей между процессами фильтрации газа и деформаций газонасыщенного ледогрунтового материала (от вязкопластического движения до хрупкого разрушения). Основными выводами проведённого исследования являются : в результате внешних воздействий (повышение температуры или давления) изменяются термодинамические условия, которые приводят к многостадийной структурной трансформации первичного криогенного строения мёрзлой толщи. Формируется серия пластических и разрывных деформаций, по которым осуществляется интенсивный тепломассоперенос, перераспределяющий вещество в жидком, твёрдом и газообразном состоянии. В мёрзлых породах наиболее деформируемым компонентом является лёд, поэтому наибольшую информацию о процессах, предшествующих формированию воронок газового выброса, можно получить при изучении морфологии криогенных образований наблюдаемых в стенках образовавшихся кратеров, а также в нерастаявших обломках мёрзлых пород, выброшенных на поверхность. Особым вкладом авторов в исследование темы является изучение полного, законченного жизненного цикла развития выделенных геосистем, от начальной стадии - формирования условий для разложения газогидратов, до конечной стадии – взрыва и выброса ледогрунтового материала.

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.