Gas emission funnels as an object of geocryology (Part 1)

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

This publication is the first part of an article that demonstrates the significant role of the cryogenic factor in the preparation of pneumatic explosions within the body of permafrost rocks, based on an analysis of data available in scientific literature. The object of the study is local cryogenic gas-dynamic geosystems, the development of which leads to pneumatic explosions and the formation of gas blowout craters. The subject of the study is the morphology and structure of cryogenic formations in frozen rocks that make up the gas blowout craters found in the northern part of Western Siberia. The authors thoroughly examine aspects of the topic such as the analysis and generalization of data on the cryogenic structure of various elements in gas blowout craters. Special attention is given to the study of various deformations of primary ice formations, which allows tracking the history of the emergence and development of local gas-dynamic geosystems within permafrost rocks. The authors do not address questions related to the genesis of gas, as they believe that the pressure processes occurring in local gas-saturated zones with increased pressure do not depend on its origin. The main method used in this article is the analysis of materials from scientific publications on the subject, as well as laboratory modeling data conducted by the authors. The synthesis of the analyzed materials is based on a geosystemic approach. A significant contribution of the authors to the study of the topic is the identification of a common pattern in the structure of gas blowout craters. All craters that are not filled with water and are accessible for study exhibit a three-part structure. At the bottom of the craters, an expansion is observed, sometimes due to caverns and grottoes. In the middle part, the cross-section of the craters decreases, and the walls of the crater are most often steep and even. In the upper part, an expansion is observed in the shape of a flare. The novelty of the research lies in uncovering the paragenetic relationships between the morphological structure of the craters, the stages of development of the gas-dynamic geosystem that prepares conditions for pneumatic explosions, and the complexes of processes at each stage. The main conclusions of the research include the identification of the leading role of gas pressure in the transformation of the cryogenic structure of frozen rocks at all stages.

References

  1. Богоявленский В. И. Угроза катастрофических выбросов газа из криолитозоны Арктики. Воронки Ямала и Таймыра. Часть 2 // Бурение и нефть. 2014. № 10. С. 4-8. EDN: SXDCEJ.
  2. Богоявленский В. И. Газогидродинамика в кратерах выброса газа // Арктика: экология и экономика. 2018. № 1 (29). С. 48-54. doi: 10.25283/2223-4594-2018-1-48-55. EDN: YWKVVU.
  3. Лейбман М. О., Кизяков А. И. Новый природный феномен в зоне вечной мерзлоты // Природа. 2016. № 2. С. 15-24.
  4. Эпов М. И. и др. Бермудский треугольник Ямала // Наука из первых рук. 2014. Вып. 5 (59). С. 14-23. EDN: SYRRRB.
  5. Хилимонюк В. З. и др. Гео-криологические условия территории расположения Ямальского кратера // V конференция геокриологов России. М.: Издательство Московского университета, 2016. Т. 2. С. 245-255.
  6. Buldovich S. N. и др. Cryogenic hypothesis of the Yamal crater origin. Results of detailed studies and modeling. 5th European Conference on Permafrost - Book of Abstracts. 23 June - 1 July 2018. Chamonix, France. Р. 97-98.
  7. Buldovich S. N. и др. Cryovolcanism on the earth: Origin of a spectacular crater in the Yamal peninsula (Russia) // Scientific reports. 2018. Vol. 8. doi: 10.1038/s41598-018-31858-9. EDN: VBFJYO.
  8. Хименков А. Н. и др. Газовые выбросы в криолитозоне, как новый вид геокриологических опасностей // Геориск. 2017. № 3. С. 58-65. EDN: ZQJKVX.
  9. Хименков А. Н. и др. Геосистемы газонасыщеннных многолетнемерзлых пород, отв. ред. Ю. Д. Зыков. М.: Геоинфо, 2021. EDN: BCAKQS.
  10. Chuvilin E. M. и др. Formation of Gas-Emission Craters in Northern West Siberia: Shallow Controls // Geosciences. 2021. 11 (9). 393. doi: 10.3390/geosciences11090393. EDN: HLJDJE.
  11. Романовский Н. Н. Основы криогенеза литосферы. М.: Изд-во МГУ, 1993. 336 с.
  12. Хименков А. Н., Кошурников А. В. Локальные криогенные геосистемы. Сборник докладов Шестой конференции геокриологов России "Мониторинг в криолитозоне" с участием российских и зарубежных ученых, инженеров и специалистов. М.: "КДУ", "Добросвет", 2022. С. 502-509. doi: 10.31453/kdu.ru.978-5-7913-1231-0-2022-1130. EDN: ADUSBK.
  13. Хименков А.Н., Станиловская Ю.В. Феноменологическая модель формирования воронок газового выброса на примере Ямальского кратера. // Арктика и Антарктика. 2018. № 3. С. 1-25. doi: 10.7256/2453-8922.2018.3.27524 URL: https://nbpublish.com/library_read_article.php?id=27524
  14. Кизяков А. И. и др. Геоморфологические условия образования воронки газового выброса и динамика этой формы на центральном Ямале // Криосфера Земли. 2015. Т. XIX. № 2. С. 15-25. EDN: TWMXKN.
  15. Bogoyavlensky V. и др. New Catastrophic Gas Blowout and Giant Crater on the Yamal Peninsula in 2020: Results of the Expedition and Data Processing // Geosciences. 2021. 11, 71. doi: 10.3390/geosciences11020071. EDN: XWPMBU.
  16. Хименков А.Н., Кошурников А.В., Карпенко Ф.С., Кутергин В.Н., Гагарин В.Е., Соболев П.А. О фильтрации газов в многолетнемёрзлых породах в свете проблемы дегазации литосферы Земли и формирования естественных взрывных процессов в криолитозоне // Арктика и Антарктика. 2019. № 3. С. 16-38. doi: 10.7256/2453-8922.2019.3.29627 URL: https://nbpublish.com/library_read_article.php?id=29627
  17. Хименков А. Н., Кошурников А. В., Соболев П. А. Фильтрация газа в мерзлых грунтах // Вестник Московского университета. Серия 4. Геология. 2020. № 3. С. 97-103. doi: 10.33623/0579-9406-2020-3-97-103. EDN: RZPOTC.
  18. Чувилин Е. М. и др. Экспериментальное моделирование фильтрации газа в мерзлых и гидратосодержащих породах в условиях одноосного сжатия // Криосфера Земли. 2024. Т. XXVIII. № 6. С. 31-44. doi: 10.15372/KZ20240603. EDN: GRTHXO.
  19. Богоявленский В. И. и др. Выбросы газа из криолитозоны полуострова Ямал. Предварительные результаты экспедиции 8 июля 2015 г. // Бурение и нефть. 2015. № 7-8. С. 8-13. EDN: UFEMVH.
  20. Богоявленский В. И. и др. Мониторинг развития Дуплетного объекта взрыва газа С22 на полуострове Ямал по данным дистанционного зондирования Земли // Арктика: экология и экономика. 2024. Т. 14. № 3. С. 320-333. doi: 10.25283/2223-4594-2024-3-320-333. EDN: FCBZYH.
  21. Галеева Э. И. и др. Сравнительный анализ строения полигонально-жильных и пластовых льдов // Материалы пятой конференции геокриологов России. МГУ имени М. В. Ломоносова, 14-17 июня 2016 г. Т. 2. Часть 5. Региональная и историческая геокриология. Москва: Университетская книга, 2016. С. 291-297. EDN: YOLUOB.
  22. Блог "Мир вокруг: разное", 2017. На Ямале обнаружили новую воронку в земле. Дата обращения: 15.04.2021. URL: http://raznooje.blogspot.com/2017/07/blogpost_9.html. Официальный сайт RT, 2015. Тайна Ямальского кратера: корреспондент RT попытался разгадать загадку сибирских воронок. Дата обращения: 15.04.2021. URL: https://russian.rt.com/article/105424.
  23. Vasily Bogoyavlensky и др. New Catastrophic Gas Blowout and Giant Crater on the Yamal Peninsula in 2020: Results of the Expedition and Data Processing // Geosciences. 2021. 11, 71. doi: 10.3390/geosciences11020071.
  24. Официальный сайт RT, 2015. Дата обращения: 15.04.2021. URL: https://russian.rt.com.
  25. Богоявленский В. И. и др. Дегазация Земли в Арктике: дистанционные и экспедиционные исследования катастрофического Сеяхинского выброса газа на полуострове Ямал // Арктика: экология и экономика. 2019. № 1 (33). С. 88-105. doi: 10.25283/2223-4594-2019-1-88-105. EDN: TUHSJS.
  26. Supplementary Materials for Cryovolcanism on the Earth: the Origin of the Spectacular Crater on Yamal Peninsula (Russia) S. N. Buldovicz и др. // Scientific Reports. 2018. Vol. 8. doi: 10.1038/s41598-018-31858-9.
  27. Moss J. L., Cartwright J. 3D seismic expression of km/scale fluid escape pipes from offshore Namibia // Basin Research. 2010. Vol. 22. № 4. P. 481-501. doi: 10.1111/j.1365-2117.2010.00461.x. EDN: MYVQHJ.
  28. Cartwright J., Santamarina C. Seismic characteristics of fluid escape pipes in sedimentary basins: Implications for pipe genesis // Marine and Petroleum Geology. 2015. Vol. 65. P. 126-140. doi: 10.1016/j.marpetgeo.2015.03.023. EDN: UVHWDL.
  29. Рыбак Е. Н., Ступина Л. В. Покмарки Черного моря // Геологія і корисні копалини Світового океану. 2019. 15. № 2. С. 16-34. doi: 10.15407/gpimo2019.01.016. EDN: VDDNQT.
  30. Щёлокова Д. В. Нетрадиционные углеводороды как источник неисчерпаемости топливно-энергетических ресурсов // Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов. 2016. № 1. С. 120-126. EDN: VZYTVJ.
  31. Бузанов К. В. Исследование и совершенствование технологии безаварийного бурения интервалов под направления и кондукторы разведочных и эксплуатационных скважин на месторождениях Восточно-Сибирского региона: на примере Куюмбинского нефтяного месторождения: автореферат дис. кандидата технических наук. Томск: Нац. исслед. Том. политехн. ун-т, 2018. 22 с. EDN: UFNVDS.
  32. Shiyun Lei, Xiujun Guo, Haoru Tang. Experiment and analysis of the formation, expansion and dissipation of gas bag in fine sediments based on pore water pressure survey // Acta Oceanol. Sin. 2022. Vol. 41, No. 4. P. 91-100. doi: 10.1007/s13131-021-1851-x. EDN: RXUXAS.
  33. Хименков А.Н., Кошурников А.В., Дернова Е.О. Газонасыщенные мёрзлые породы, как объект изучения геокриологии // Арктика и Антарктика. 2023. № 1. С. 26-64. doi: 10.7256/2453-8922.2023.1.40378 EDN: PLNGUD URL: https://nbpublish.com/library_read_article.php?id=40378
  34. Арэ Ф. Э. Проблема эмиссии глубинных газов в атмосферу // Криосфера Земли. 1998. Т. II. № 4. С. 42-50.
  35. Криосфера нефтегазоконденсатных месторождений полуострова Ямал. Т. 2: Криосфера Бованенковского нефтегазоконденсатного месторождения. М.: ООО "Газпром Экспо", 2013. 424 с.
  36. Ленченко Н. Н. Динамика подземных вод. М.: МГГУ, 2004. 65 с.
  37. Bull J. M. и др. Constraining the physical properties of chimney/pipe structures within sedimentary basins. 14th International Conference on Greenhouse Gas Control Technologies, GHGT-14. 21st -25th October 2018. Melbourne, Australia. 2018.
  38. Хименков А. Н. и др. Взрывные процессы в области распространения многолетнемерзлых пород - новый вид геокриологической опасности // Геоэкология. 2019. № 6. С. 30-41. doi: 10.31857/S0869-78092019630-41. EDN: JRXQRV.
  39. Бобин В. А. Концептуальная модель геомеханических и взрывных процессов при формировании и развитии "Ямальского кратера" // Инженерная физика. 2021. № 5. С. 47-56. doi: 10.25791/infizik.5.2021.1209. EDN: LCRNAB.
  40. Цытович Н. А. Механика мёрзлых пород. М.: Высшая школа, 1973. 448 с.
  41. Вялов С. С. Реологические основы механики грунтов. М.: Высшая школа, 1978. 447 с.
  42. Микростроение мёрзлых пород / под ред. Э. Д. Ершова. М.: Изд-во МГУ, 1988. 183 с.
  43. Основы геокриологии. Ч. 1: Физико-химические основы геокриологии / под ред. Э. Д. Ершова. М.: Изд-во МГУ, 1995. 368 с.
  44. Стриха В. Е. Методическое пособие по дисциплине "Структурная геология", краткий курс лекций: учебное пособие. Благовещенск: Амурский гос. ун-т, 2012.
  45. Гзовский М. В. Основы тектонофизики. М.: Наука, 1975. 536 с.
  46. Паталаха Е. И. Новая концепция дислокационного процесса // В кн.: Экспериментальная тектоника в теоретической и прикладной геологии. М.: Наука, 1985. С. 37-50.
  47. Соломатин В. И. Физика и география подземного оледенения. Новосибирск: Акад. изд-во “Гео”, 2013. EDN: VNJXSZ.
  48. Круковская В. В. К расчету фильтрации газа в трещиновато-пористой неоднородной среде // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2004. Вып. 51. С. 257-265.
  49. Тур В. В., Молош В. В. К определению сопротивления срезу при проверках на продавливание плоских плит монолитных перекрытий // Вестник Брестского государственного технического университета. 2011. № 1. С. 21-32.
  50. Ahmad Mahmoud Abdullah. Analysis of Repaired/Strengthened R.C. Structures Using Composite Materials: Punching Shear. A thesis submitted to The University of Manchester for the degree of Doctor of Philosophy in the Faculty of Engineering and Physical Sciences. 2010. 272 p.
  51. Свидунович Н. А., Окатова Г. П., Куис Д. В. Материаловедение и технология конструкционных материалов: лабораторный практикум с использованием металлографического комплекса. Минск: БГТУ, 2011.
  52. Гумеров А. Г., Гумеров Р. С., Гумеров К. М. Безопасность длительно эксплуатируемых магистральных нефтепроводов. М.: Недра-Бизнесцентр, 2003.
  53. Цветков B. M., Сизов И. А., Сырников Н. M. О механизме дробления твердой среды взрывом // Доклады АН СССР. 1976. Т. 231. № 5. С. 1067-1069.
  54. Вольфсон Ф. И., Яковлев П. Д. Структуры рудных полей и месторождений. Недра, Москва, 1975.
  55. Горная энциклопедия. Т. 5. Советская энциклопедия, Москва, 1991.
  56. Алидибиров М. А. Механизм фрагментации сильновязкой магмы при вулканических взрывах (экспериментальное исследование): автореф. дис. … д. ф.-м. н. М., 1998. 44 с. EDN: ZKFVYJ.
  57. Кедринский В. К. Гидродинамика взрыва: эксперимент и модели. Новосибирск: Издво СО РАН, 2000.
  58. Панов В. К. Применение линейной теории нестационарной фильтрации для анализа экспериментов по разрушению пористого газонасыщенного материала // Вестник краунц. науки о Земле. 2009. № 1. Вып. № 13. С. 89-97. EDN: KTZSYN.
  59. Панов В. К. Экспериментальное моделирование процессов при извержении типа "направленный взрыв" // Проблемы эксплозивного вулканизма. Материалы международного симпозиума. Петропавловск-Камчатский, 25-30 марта. Петропавловск-Кмчатский: ИВиС ДВО РАН, 2006. С. 49-57.
  60. Лейбман М. О., Плеханов А. В. Ямальская воронка газового выброса // Холод'ОК. 2014. № 2 (12). С. 9-15.
  61. Bogoyavlensky V. I. и др. Complex of Geophysical Studies of the Seyakha Catastrophic Gas Blowout Crater on the Yamal Peninsula, Russian Arctic. Geosciences. 2020. 10, 215. [Google Scholar] [CrossRef].
  62. Богоявленский В. И. и др. Дегазация Земли в Арктике: дистанционные и экспедиционные исследования катастрофического Сеяхинского выброса газа на полуострове Ямал // Арктика: экология и экономика. 2019. № 1 (33). С. 88-105. doi: 10.25283/2223-4594-2019-1-88-105. EDN: TUHSJS.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).