5.3. Геокриологические условия

Мерзлыми называются породы, имеющие отрицательную или нулевую температуру, в которых хотя бы часть воды представлена льдом. Многолетнемёрзлые породы на территории НАО распространены практически повсеместно, но в целом – прерывисто [7]. Криолитозона представлена преимущественно сплошной и массивно-островной подзонами.

Область сплошного распространения ММП занимает сравнительно возвышенную северную часть региона. Подзона включает остров Колгуев, Югорский полуостров и северную часть Большеземельской тундры (рис. 5.2) [4]. Сплошное простирание ММП нарушается локальными таликами под непромерзающими озерами и участками вдоль крупных рек. Толщина мерзлых отложений на пониженных морских террасах в среднем составляет 100–200 м. На высоких равнинах, сложенных с поверхности ледово-морскими, озерно-аллювиальными и озерно-болотными отложениями, ММП достигают 300–400 м. Максимальные для региона мощности зафиксированы на междуречьях рек Адзьва и Морею, Шапкина и Черная – 470–510 м.

Вдоль морского побережья распространены прерывистые толщи ММП, что, по-видимому, обусловлено значительной засоленностью пород и поверхностных вод, а также распространением криопэгов.

Подзона преимущественно сплошного распространения ММП охватывает полуостров Канин, центральную часть Малоземельской и Большеземельской тундры. Их мощность составляет 100–200 м. Эта подзона характеризуется наличием ММП в долинах рек, а под большими озерами – сквозных таликов.

Подзона массивно-островного распространения ММП практически совпадает с районом Канинской тундры и проходит по границе НАО с Республикой Коми. Мёрзлые толщи мощностью от 25 до 100 м прерываются сквозными та­ликами под руслами рек, крупными озерами, на междуречных равнинах. Южная граница распространения современных мерзлых толщ проходит вблизи полярного круга, южнее сохраняется лишь реликтовый слой.

Рис. 5.2. Характер распространения многолетнемерзлых пород

1 – сплошное; 2 – преимущественно сплошное; 3 – островное; 4 – редкоостровное;

5 – немерзлые породы; 6 – южная граница многолетнемерзлых пород

Для сплошных толщ ММП характерны наиболее низкие температуры. На водораздельных участках и болотных массивах температуры грунтов на глубине нулевых амплитуд составляют -(4-5)°С (рис. 5.3) [4]. В понижениях с благоприятными условиями снегонакоплений температуры грунтов повышаются до -1°С. В них часто формируются несквозные талики.

Температура грунтов на глубине нулевых амплитуд для подзоны прерывистого распространения ММП составляет от -3 до -4°С. Соответственно подзона островного распространения ММП характеризуется наличием высокотемпературных грунтов с температурами (-2-0) °С.

Температура самого верхнего слоя мёрзлой толщи, примыкающего к дневной поверхности, не всегда обуславливает температуру в более глубоких слоях, поскольку климатические условия в районах залегания вечномёрзлых пород неоднократно изменялись в недавнем геологическом прошлом, и распределение температур еще не приобрело стационарного характера. Поэтому температура более глубоких слоев определяется только прямыми замерами в скважинах.

Рис. 5.3. Температуры мёрзлых пород.

1 – сплошное распространение; 2 – преимущественно сплошное; 3 – островное;

4 – редкоостровное; 5 – немерзлые породы; 6 – изолинии температур ММП, ºС

Сезонное протаивание ММП начинается вслед за переходом температуры через 0С, сходом снежного покрова в конце мая – начале июня и заканчивается в сентябре. Динамика сезонного промерзания пород определяется их составом и влажностью и в значительной степени – условиями формирования снежного покрова.

Слой сезонного промерзания приурочен, в основном, к участкам, занятым густым кустарником. Встречается он также на лишенных растительности песчаных косах в поймах и на пляжах. На морских равнинах и морских террасах широко распространен тип сезонного промерзания в отрицательных формах рельефа – логах и оврагах, где создаются благоприятные условия или накопления мощного снежного покрова.

Глубины сезонного оттаивания пород с поверхности изменяются от 0.5 м в наиболее суровых условиях на северо-востоке до 2 и более метров в южной и западной частях региона. Широко распространенные песчаные грунты способствуют более глубокому оттаиванию, поэтому практически в любой части региона может наблюдаться глубина оттаивания до 2 м.

Глубина сезонного оттаивания ММП (деятельного слоя) в НАО существенно зависит от сезонных значений температур воздуха, теплофизических свойств пород и положения уровня грунтовых вод (УГВ). На толщину деятельного слоя также влияет рельеф местности, экспозиция склонов, количество жидких и твердых осадков, наличие растительности и другие факторы. Так, на южных склонах местности происходит наибольшее оттаивание грунтов. Увеличение высоты снегоотложений приводит к снижению глубины промерзания. Выпадение жидких осадков, температура которых всегда положительна, интенсифицирует процесс оттаивания грунтов деятельного слоя.

Водно-физические свойства деятельного слоя существенно влияют на процессы промерзания-оттаивания, влажность и льдистость грунтов. Следует отметить, что влажные грунты промерзают и оттаивают на значительно меньшую глубину, чем маловлажные. Так, по данным А.В. Конюхова (2003), глубина промерзания-оттаивания грунтов в северной части Большеземельской тундры в торфах составляет 0,2–0,5 м, в суглинках 0,5–0,8 м, в глинах 0,8-1,1 м, в песках 1,1-2 м. В южной и юго-западной частях НАО глубина промерзания-оттаивания составляет соответственно 0,4–0,6м, 0,7–1,0 м, 0,9–1,4 м и 1,3–2,1 м.

Как правило, сплошная мер­злота залегает на самых высо­ких элемен­тах рельефа, например, грядах холмов, а также на плоских водоразделах, где зимой сметается снег. Кроме того сплош­ная вечная мерзлота развита на торфяниках. Талики наблюдаются в понижениях, включая долины ручьев и впадины термокар­стовых озе­р.

Толщина ММП увеличивается пропорционально возрасту отложений. Современный аллювий обычно не мерзлый, между тем как возвышеннос­ти с выходами более древних чет­вертичных по­род входят в зону сплош­ной мерзлоты. Мощность мерзлоты уве­личивается к северу и составляет в северной части территории мощность от 195 м до 400-500 м.

Толщина таликов варьирует от 8-15 м под небольшими речками до 40-60 м под термокарстовыми озерами. По данным многолетних изме­рений в скважинах 15-метровой глуби­ны в районе Ардалинского комплекса месторождений [7] минимальные тем­пературы мерзлоты не опускаются ниже -(2,6-3,0) ⁰С под торфом мощностью порядка 2 м. Благодаря изолирую­щим свойствам торфа темпе­ратура очень незначительно меняется в течение года и с глубиной. Зависи­мость температуры мерзлоты от характера пород представлена в табл. 1.5. Более высокие температуры встре­чаются в местах распространения пре­рывистой и островной мерзлоты.

Таблица 5.2. - Средние годовые температуры вечной мерзлоты

Возраст и тип пород	Пределы средних годовых температур мер­злоты
Торф	от -2.4 до -3.0
Верхнечетвер­тичные - совре­менные озерно-аллюви­альные отложения	от -2.0 до -2.1
Среднечетвер­тичные ледни­ково-морские отложения	от -2.1 до -2.4
Нижнечетвер­тичные ледник­овые и ледни­ко­во-морские отложения	от -2.4 до -2.6

Верхняя граница слоя с постоянной температурой в течение года находится на глубине 8-10 м в минеральных породах и значительно меньше в торфах.

Температура ММП определяет их чувст­ви­тельность к воздействиям и, вместе с содержанием льда, - по­тенциаль­ную уязвимость почв и возможность развития термокарста. Чем ближе температура ММП к 0⁰C, тем больше опасность таяния при наруше­нии растительного покрова. Чем выше льдосодержа­ние, тем вероятнее возникновение термокарста. Обычно влагосодер­жание пес­ков по отношению к сухому весу нахо­дится в пределах 15-20%, супесей более 20%, суглинков – (20-30)%, глин - более 30% и торфа - 100% и более. Глубина активного слоя зависит от состава материнских пород и местных условий - толщины снежного покрова, густоты раститель­ности и т.д. Обы­чно глубина сезон­но-талого слоя увеличивается в почвах и грунтах с грубым механичес­ким составом. Она максимальны в пес­ке и гравии, значи­тельно меньше в суглинках и гли­не и минимальна в торфе. Мощность слоя также воз­раста­ет при умень­шении влагосодер­жания. Сухой мате­риал оттаивает до больших глубин, нежели влаж­ный. Сезонное отта­ивание почвы начи­на­ется сразу после схода снега, и завер­шает­ся к кoнцу авгу­ста; в октябре вновь происходит замер­зание.

В пределах региона наблюдается широкий спектр криогенных физико-геологических явлений – криогенные трещины и полигонально-жильные льды, бугры и площади пучения, термокарстовые и термоэрозионные формы рельефа. Кроме того, для региона характерны болота и лайды, пятна-раздувы на песчаных грунтах, эрозионные формы рельефа в прибровочных частях возвышенностей, сочетающиеся с термоэрозионными формами.

Таким образом, территория НАО характеризуется сложными геокриологическими условиями. В связи с этим важную роль в задаче по обеспечению устойчивого функционирования нефтедобывающей инфраструктуры играют геокриологические особенности. С этой целью крайне важным является сохранение температурного режима толщи ММП в ходе обустройства и эксплуатации нефтяных месторождений. Для выработки методов, предотвращающих нарушение температурного баланса и исключающих развитие необратимых негативных процессов в толще ММП необходимо иметь представление о возможных вариантах развития ситуации в случае оказания техногенного давления на верхнюю часть геологической среды. Именно поэтому решающее значение приобретает организация и проведение геокриологического мониторинга.