🔧На сайте запланированы технические работы
25.12.2025 в промежутке с 18:00 до 21:00 по Московскому времени (GMT+3) на сайте будут проводиться плановые технические работы. Возможны перебои с доступом к сайту. Приносим извинения за временные неудобства. Благодарим за понимание!
🔧Site maintenance is scheduled.
Scheduled maintenance will be performed on the site from 6:00 PM to 9:00 PM Moscow time (GMT+3) on December 25, 2025. Site access may be interrupted. We apologize for the inconvenience. Thank you for your understanding!

 

Газонасыщенные мёрзлые породы, как объект изучения геокриологии

Обложка

Цитировать

Полный текст

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.

Об авторах

Александр Николаевич Хименков

Институт геоэкологии РАН

Email: a_khimenkov@mail.ru
ведущий научный сотрудник;

Андрей Викторович Кошурников

Геологический факультет, Кафедра геокриологии,

Email: msu-geophysics@mail.ru
ведущий научный сотрудник,;

Елена Олеговна Дернова

Институт геоэкологии РАН

Email: dernova.eo@gmail.com
Научный сотрудник;

Список литературы

  1. Цытович Н. А. Механика мерзлых грунтов / Учебн. пособие. М.: Высшая.школа, 1973.
  2. Кальбергенов Р.Г., Карпенко В.С., В.Н. Кутергин, Р.В. Собин Р.В. Влияние газовой компоненты на свойства мерзлых грунтов и динамика ее выделения при изменении температуры // Материалы 5-й конференции День науки, М.:Добросвет. 2020. С. 10-17.
  3. Карпенко Ф.С., Кутергин В.Н., Котов П.И., Р. Собин Р.В. Динамика выделения газа из мерзлых грунтов при изменении температуры и давления // Строительство на многолетнемерзлых грунтах. 2020. №4. С. 15-20.
  4. Карпенко Ф.С., Кутергин В.Н., Фролов С.И., Р. Собин Р.В. Влияние на прочность глинистых грунтов изменений свойств гидратных пленок при температурных воздействиях // Геоэкология. 2021. № 1. С. 70-79.
  5. Хименков А.Н., Кошурников А. В., Соболев П. А. Фильтрации газа в мёрзлых грунтах // ВЕСТНИК МОСКОВСКОГО УНИВЕРСИТЕТА. СЕРИЯ 4. ГЕОЛОГИЯ 2020. №. 3. С. 97–103.
  6. Сергиенко В. И., Лобковский Л. И., Семилетов И.П. и др. Деградация подводной мерзлоты и разрушение гидратов на шельфе Восточно-арктических морей как потенциальная причина метановой катастрофы: некоторые результаты комплексных исследований 2011 года // ДАН. 2012. Т. 446. № 1. С. 1132–1137.
  7. Арэ Ф.Э. Проблема эмиссии глубинных газов в атмосферу // Криосфера Земли. 1998. Т. II. № 4. С. 42-50.
  8. Криосфера нефтегазоконденсатных месторождений полуострова Ямал. Т.2. Криосфера Бованенковского нефтегазоконденсатного месторождения / Под общ. ред. Ю.Б. Баду, Н.А. Гафарова, Е.Е. Подборного.М.: Газпром Экспо, 2013.
  9. Мельников П.И., Мельников В.П., Царев В.П., Дегтярев Б.В. и др. О генерации углеводородов в толщах многолетнемерзлых пород // Известия АН СССР, Серия геологическая. 1989. № 2. С.118-128.
  10. Якушев В. С., Басниев К. С., Адзынова Ф.А., Грязнова И.В., . Воронова В.В Признаки наличия регионально газоносного горизонта нового типа на севере Западной Сибири // Нефтяное хозяйство 2014. №11. С. 100-101.
  11. Богоявленский В.И., Гарагаш И.А. Обоснование процесса образования кратеровгазового выброса в Арктике математическим моделированием // Арктика: экология и экономика. 2015. № 3. С. 12–17.
  12. Лейбман М. О., Кизяков А. И. Новый природный феномен в зоне вечной мерзлоты // Природа. 2016. № 2. С. 15–24,
  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.
  14. Бембель Р.М., Бембель С.Р., Кашин А.Е., Ласковец Е.Б. Связь очагов активного нефтегазонакопления и глубинных криогенных источников / Итоги фундаментальных исследований криосферы Земли в Арктике и Субарктике. Новосибирск. Наука. 1997. С. 193–199.
  15. Васильчук Ю.К. Изотопные методы в географии. / Часть 2: Геохимия стабильных изотопов пластовых льдов. Том II. М.: Изд-во МГУ, 2014.
  16. Баду Ю.Б. КРИОГЕННАЯ ТОЛЩА ГАЗОНОСНЫХ СТРУКТУР ЯМАЛА. О влиянии газовых залежей на формирование и развитие криогенной толщи / М.: Научный мир, 2018.
  17. Романовский Н. Н. Основы криогенеза литосферы: Учебное пособие. / М.: Изд-во МГУ, 1993.
  18. Чувилин Е.М., Козлова Е.В., Кудашов В.А., Петракова С.Ю. Оценка метастабильности мерзлых гидратосодержащих пород. // Материалы третьей конференции геокриологов России. Том 1. Физико-химия, теплофизика и механика мерзлых грунтов. М. 2005. С.292-299.
  19. Якушев В.С. Природный газ и газовые гидраты в криолитозоне. / М.: ВНИИГАЗ. 2009.
  20. Истомин В. А., Чувилин Е.М., Сергеева Д. В., Буханов Б. А. и др. Влияние компонентного состава и давления газа на льдо- и гидратообразование в газонасыщенных поровых растворах // НефтеГазоХимия. 2018. № 2. С. 33-42.
  21. Глаголев М.В., Клепцова И.Е. К вопросу о механизме выхода пузырьков метана из торфяника // ДОСиГИК. 2012. Т. 3. № 3. C. 54-63.
  22. Краснов И.И. Газы четвертичной толщи предглинтовой полосы Ленинградской области // Природные газы СССР. М.- Л.: ОНТИ НКТП СССР. 1935.
  23. Yan-Li Li, Chun-Ming Lin (2010). Exploration methods for late Quaternary shallow biogenic gas reservoirs in the Hangzhou Bay area, eastern China. AAPG Bulletin, 94(11), 1741–1759. doi: 10.1306/06301009184
  24. Портнов А.Д., Семенов П.Б., Рекант П.В. Комплекс высокочастотных сейсмоакустических исследований и морской газо-геохимической съемки как метод обнаружения и локализации углеводородов // Геология морей и океанов: ХIХ Междунар. научной конф. (школы) по морской геологии. 2011. Т.II. М.: ИО РАН, С. 97-100.
  25. Обжиров А.И. Газогеохимические поля придонного слоя морей и океанов. М.: Наука, 1993.
  26. Обжиров А. И., Телегин Ю.А., Окулов А.К. Газогеохимические поля и распределение природных газов в дальневосточных морях // Подводные исследования и робототехника. 2018. № 1. С. 66-74.
  27. Миронюк С. Г., Отто В. П. Газонасыщенные морские грунты и естественные газовыделения углеводородов: закономерности распространения и опасность для инженерных сооружений // Геориск, 2014. №2. С. 8-18.
  28. Якушев В.С. МЕХАНИЗМЫ КОНЦЕНТРАЦИИ ПРИРОДНОГО ГАЗА В КРИОЛИТОЗОНЕ // Актуальные проблемы нефти и газа. 2018. №4. С. 1-4.
  29. Краев Г.Н., Ривкина Е.М. Накопление метана в промерзающих и мерзлых почвах криолитозоны // Arctic Environmental Research. 2017. № 3. С. 173-184.
  30. Kraev G, Schulze E-D, Yurova A, Kholodov A, Chuvilin E, Rivkina E Cryogenic Displacement and Accumulation of Biogenic Methane in Frozen Soils // Atmosphere. 2017.
  31. Хименков А.Н., Власов А.Н., Брушков А.В., Кошурников А.В. и др. Геосистемы газонасыщеннных многолетнемерзлых пород. М.: Геоинфо, 2021.
  32. Васильев А.А., Стрелецкая И.Д., Мельников В.П., Облогов Г.Е. Метан в подземных льдах и мерзлых четвертичных отложениях Западного Ямала // ДАН. 2015. № 5. С.604–607.
  33. Cherbunina M. Y., Shmelev D. G., Karaevskaya E. S. Methane content and its relationship with the microbial community of the upper layers of permafrost in central Yakutia // Innovation in Geology, Geophysics and Geography-2017. Pero Moscow, 2017. P. 25–26.
  34. Гресов А. И., Яцук А. В. Газовая зональность и газоносность многолетнемерзлых отложений угленосных бассейнов Восточной Арктики и прилегающих регионов //Геоэкология, инженерная геология, гидрогеология, геокриология. 2013. №. 5. С. 387-398.
  35. Захаренко B.C., Шлыкова В.В., Тарасов Г.А. Особенности формирования газогидратов на континентальной окраине Западного Шпицбергена // Разведка и охрана недр. 2010. № 8. С. 6-9.
  36. Курасов И. А., Ступакова А. В. Тектоническое строение северной части Западно-Сибирского нефтегазоносного бассейна // Вестник Московского университета. Серия 4: Геология. 2014. № 4. С. 56–64.
  37. Арэ Ф. Э., Боровикова Н. В., Слепышев В. Н. Криопэги в низовьях р. Юрибей на Ямале // Линейные сооружения на вечномёрзлых грунтах. М. Наука. 1990. С 60-67.
  38. Бондарев В.Л., Миротворский М.Ю., Зверева В.Б., Облеков Г.И., и др. Газохимическая характеристика надсеноманских отложений полуострова Ямал (на примере Бованенковского нефтегазоконденсатного местородждения) // Геология, геофизика и разработка нефтяных и газовых месторождений, 2008. № 5. С.22-34.
  39. Chuvilin E.M., Yakushev V.S., Perlova E.V. Gas hydrates in the permafrost of Bovanenkovo gas fi eld, Yamal Peninsula, West Siberia // Polarforschung, 2000, vol. 68, р. 215–219.
  40. Chuvilin E.M., Davletshina D.A. Formation and accumulation of pore methane hydrates in permafrost: experimental modeling // Geosciences, 2018, vol. 8, No. 12, р. 467. doi. org10.3390/geosciences8120467.
  41. Бондарев В. Л., Миротворский М. Ю., Облеков Г. И., Шайдуллин Р. М., Гудзен В. Т. Геохимические методы при обнаружении и локализации залежей углеводородных газов (УВГ) в надпродуктивных отложениях газоконденсатных месторождений п-ва Ямал // Геология, геофизика разработка нефтяных и газовых месторождений. № 11. 2005. С. 17-22.
  42. Дурмишьян А Г. Значение аномально высоких пластовых давлений при поиске газовых и газоконденсатных залежей // Газовая промышленность. 1961. № 7. С. 1-3.
  43. Рокос С.И. Инженерно-геологические особенности приповерхностных зон аномально высокого пластового давления на шельфе Печорского и южной части Карского морей // Инженерная геология. 2008. № 4. С. 22-28.
  44. Anderson, A. L., Abegg, F., Hawkins, J. A., Duncan, M. E., and Lyons, A. P., 1998. Bubble populations and acoustic interaction with the gassy floor of Eckernforde Bay. ¨ Continental Shelf Research, 18, 1807–38. doi: 10.1016/S0278-4343(98)00059-4
  45. Токарев М.Ю., Полудеткина Е.Н., Старовойтов А.В., Пирогова А.С., Корост С.Р., Ошкин А.Н., Потемка А.К. Характеристика газонасыщенных отложений Кандалакшского залива Белого моря по данным сейсмоакустических и литолого-геохимических исследований // Вестник Московского университета. Серия 4: Геология. 2019. № 1. С. 107–114.
  46. Judd A., Hovland M. Seabed Fluid Flow The Impact on Geology, Biology, and the Marine Environment / Cambridge University Press, New York 2007.
  47. Buldovich S.N., Khilimonyuk V.Z., Bychkov A.Y ., Ospennikov E.N., Vorobyev S.A., Gunar A.Y ., Gorshkov E.I., Chuvilin E.M., Cherbunina M.Y ., Kotov P.I., Lubnina N.V., Motenko R.G., Amanzhurov R.M. Supplementary Materials for 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
  48. Титовский А.Л., Пушкарев В.А., Синицкий А.И., Барышников А.В. ЯМАЛЬСКИЕ КРАТЕРЫ: ИССЛЕДОВАНИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО ФЕНОМЕНА // НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК Ямало-Ненецкого автономного округа 2018. № 3. Салехард. 2018. С.68-75.
  49. Богоявленский В.И. Выбросы газа и нефти на суше и акваториях Арктики и Мирового океана // БУРЕНИЕ И НЕФТЬ. 2015. № 6. С. 4-10.
  50. Mackay J. R. PINGO GROW TH AND COLLAPSE, TUKTOYAKTUK PENINSULA AREA, W ESTERN ARCTIC COAST, CANADA: ALONG-TERM FIELD STUDY // Géographie physique et Quaternaire. 1998, vol. 52. Р. 1- 53.
  51. Buldovich S., Khilimonyuk V., Bychkov A., Ospennikov E., et al. Cryogenic hypothesis of the Yamal crater origin Results of detailed studies and modeling // Proc. 5th European Conference On Permafrost. Book of Abstracts, 23 June - 1 July 2018а, Chamonix, France. P. 97-98.
  52. Строение и свойства пород криолитозоны южной части Бованенковского газоконденсатного меторождения. / Отв. ред. Чувилин Е. М. М.: ГЕОС, 2007.
  53. Щёлокова Д. В. НЕТРАДИЦИОННЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫ КАК ИСТОЧНИК НЕИСЧЕРПАЕМОСТИ ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ // Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов 2016. №1. С. 120-126.
  54. Ершов Э.Д., Чувилин Е. М., Налетов Н.С., Смирнова, О.Г. Поведение ионов химических элементов в промерзающих дисперсных породах // Тепломассообмен ММФ 96: Минск 1996. Т. 7. С. 16-20.
  55. Chuvilin E., Ekimova V., Bukhanov B., Grebenkin S., et al. Role of Salt Migration in Destabilization of Intra Permafrost Hydrates in the Arctic Shelf: Experimental Modeling // Geosciences. 2019. V. 9(4). doi.org/10.3390/geosciences9040188/
  56. Цытович Н. А. Механика мерзлых грунтов. / М.:Высшая школа. 1973.
  57. Арефьев С .П., Хомутов А.В., Ермохина К.А., Лейбман М.О.Дендрохронологическая реконструкция процесса формирования газового бугра на месте Ямальской воронки // Криосфера Земли. 2017. № 5. С. 107—119.
  58. Kizyakov A., Leibman M., Zimin M., Sonyushkin A., Dvornikov Y., Khomutov A., Dhont D., Cauquil E, Pushkarev V., Stanilovskaya Y. Gas Emission Craters and Mound-Predecessors in the North of West Siberia, Similarities and Differences // Remote Sens. 2020, 12, 2182; 23 p. doi: 10.3390/rs12142182
  59. Chuvilin E., Stanilovskaya J., Titovsky A., Sinitsky A., Sokolova N., Bukhanov B., Spasennykh M., Cheremisin A., Grebenkin S., Davletshina D and Christian Badetz A Gas-Emission Crater in the Erkuta River Valley,Yamal Peninsula: Characteristics and Potential Formation Model // Geosciences 2020. 10 (170) 16 p. doi: 10.3390/geosciences10050170
  60. Данилов И.Д. Подземные льды. / М.: Недра, 1990.
  61. Ершов Э.Д. Общая геокриология. / М.: Изд-во Моск. ун-та, 2002.
  62. Karpenkoa F. S., Kutergina V. N., Dernovaa E. O., and Osokina A. A. // WATER RESOURCES Vol. 49 Suppl. 2 2022 pp. 69-75
  63. Ленченко Н.Н. Динамика подземных вод. / М. МГГУ. 2004.
  64. Гольдберг В. М., Скворцов Н. П. Проницаемость и фильтрация в глинах / М.: Недра, 1986.
  65. Shiyun Lei, Xiujun Guo, Haoru Tang1 Experiment and analysis of the formation, expansion and dissipation of gasbag in fine sediments based on pore water pressuresurvey // Acta Oceanol. Sin., 2022, Vol. 41, No. 4, P. 91–100
  66. Чувилин Е. М., Перлова Е. В., Якушев В. С. Классификация газового компонента пород криолитозоны // Криосфера Земли. 2005. №3. С. 73-76.
  67. Сергеев и др. Грунтоведение. / М.: Изд-во МГУ. 1983.
  68. Gassmann F. Elastic waves through a packing of spheres. Geophysics., vol. 16, No. 4, 1954.
  69. Gassmann F. Uber die Elastizitat Poroser Medien. Mitteilungen aus dem Institut fur Geophysik, No. 17, 1951, pp. 1—23.
  70. Теоретические основы инженерной геологии. Физико-химические основы. Под редакцией Сергеева Е. М. |/ Недра, 1985.
  71. Цытович Н. А. Механика грунтов Учебное пособие. / М.: Стройиздат, 1963.
  72. Цытович Н. А. Механика грунтов (краткий курс): Учебник для строительных вузов. / М. : Высшая школа. 1983.
  73. Роман Л. Т. Механика мёрзлых грунтов./ М.: МАИК «Наука/Интерпериодика». 2002.
  74. Роман Л. Т., Мерзляков В.П., Малеева А.Н. Влияние степени водогазонасыщения на температурные деформации мёрзлых грунтов. // Криосфера Земли, 2017. № 3. С. 24–31.
  75. Мирзаджанзаде А. Х., Хасанов М. М., Бахтизин Р. Н. Этюды о моделировании сложных систем нефтедобычи. / Уфа: ГИЛЕМ. 1999.
  76. Мельников И.В., Нерсесов С.В., Осокин А.Б., Николайчук Э.В. и др. Геотехнические решения для строительства газовых скважин в особо сложных геокриологических условиях полуострова Ямал // Газовая промышленность. 2019. № 12. С 64-71.
  77. СП 11-114-2004. «Инженерные изыскания на континентальном шельфе для строительства морских нефтегазопромысловых сооружений» / Госстрой России М.: ФГУП ПНИИИС Госстроя России, 2004.
  78. СП 11-102-97 «Инженерно-экологические изыскания для строительства»
  79. Маштаков А.С. Анализ комплексного влияния геологических процессов и геодинамических воздействий на несущую способность свайных фундаментов нефтяных платформ, устанавливаемых на шельфе Каспийского моря // Инженерная геология. 2014. №2. C. 44 – 53.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».