Угрозы катастрофических выбросов газа из криолитозоны Арктики. Воронки Ямала и Таймыра

Размещено на http://www.allbest.ru/

Угрозы катастрофических выбросов газа из криолитозоны Арктики. Воронки Ямала и Таймыра

В сентябрьском номере журнала «Бурение и нефть» опубликована наша статья, посвященная объяснению наиболее вероятной природы образования в арктической зоне России нескольких крупных кратеров - воронок [1]. Две воронки (В1 и В2) расположены в Ямало-Ненецком автономном округе (ЯНАО) южнее уникального по запасам Бованенковского нефтегазоконденсатного месторождения (НГКМ), в связи с чем об их происхождении было выдвинуто множество гипотез, включая фантастические, и высказаны серьезные опасения. Третья воронка (В3) обнаружена в 90 км к западу от поселка Антипаюта, а четвертая (В4) - к западу от поселка Носок в устье реки Енисей [1, 2]. Появившиеся за рубежом публикации являются в большей степени пересказом сообщений российских информационных агентств о происходящих явлениях без приведения аналогичных примеров из арктических регионов других стран, из чего можно сделать предварительный вывод об их отсутствии и, следовательно, уникальности.

Рис. 1 Космоснимок местности до образования воронки В1 (Bing Microsoft). Красным цветом показан контур бугра пучения (булгуннях) - местоположение воронки

Правительством ЯНАО и «Российским центром освоения Арктики» (РЦОА) нам был предоставлен ряд фотоснимков первой воронки (В1), по которым мы предположили, что основной причиной ее образования является выброс газа из полости, сформировавшейся за счет термокарстовых процессов, в частности на месте вытаявшего льда ядра гидролакколита, называемого на якутском языке булгуннях, а на эскимосском - пинго (Pingo) [1, 2]. На космическом снимке Landsat предоставленные нам координаты воронки В1 (снятой из вертолета) оказались на краю небольшого озера (рис. 1 - К0). В результате дешифрирования космоснимка и имеющихся видеозаписей с вертолета, проведенного по нашей просьбе в компании ScanEx, было выделено небольшое поднятие около озера, идентифицированное А.А. Бобковым как бугор пучения (булгуннях) - место образования воронки. Координаты центра свода этого поднятия К1 (69.971° СШ, 68.37° ВД) были незамедлительно переданы для проверки в РЦОА и Правительство ЯНАО.

Рис. 2 Гигантская воронка на полустрове Ямал. Вид с вертолета (фото автора)

25 августа по инициативе губернатора ЯНАО Д.Н. Кобылкина состоялась вторая экспедиция на воронку В1 на вертолете МИ-8 (рис. 2). В экспедицию отправились заместитель губернатора ЯНАО А.В. Можаров, начальник УВС В.Л. Титовский, директор РЦОА В.А. Пушкарев, которым автор выражает признательность за предоставленную возможность участия в полевых исследованиях. В экспедиции приняли участие М.О. Лейбман из ИКЗ СО РАН (побывала на воронке повторно), А.П. Сергеев из ИПЭ УРО РАН, а также представители Первого канала ТВ.

По пути к интересующему нас объекту через иллюминаторы вертолета удалось хорошо рассмотреть недавно построенную железную дорогу от Лабытнанги-Обская до Бованенково. Стала понятной действительная грандиозность этого архисложного и дорогого сооружения: подобно синусоиде дорога петляет между многочисленными живописными озерами. Завораживает и красота этих озер: они прекрасны на фоне желто-зелено-красных красок ранней осени и прозрачно-голубого неба...

Хочется отметить, что в эмоциональном плане вид воронки с вертолета (рис. 2) и с ее краевых частей (рис. 3), а также непрерывное падение воды и обрушающейся на ее дно породы со значительным шумом и гулом, напоминающим удаленные взрывы, произвели неизгладимо сильное впечатление и на автора данной работы, и на всех других участников экспедиции.

Рис. 3 Вид воронки с края бруствера (фото автора)

Нами была собрана принципиально новая информация, представляющая большое значение для понимания феномена образования гигантской воронки. Проведенные замеры показали следующие параметры: по внешнему краю диаметр воронки около 37 м, по внутреннему - не больше 25 м, а глубина от края бруствера до уровня воды 35 м и около 40 - 42 м до дна (последнее с учетом падения породы на дно). Такое отличие этих параметров от первоначальных (внешний и внутренний диаметры 60 и 40 м, глубина свыше 50 м) обусловлено погрешностями первичных замеров. Отметим, что уровень воды на дне воронки явно поднялся на несколько метров, затопив наблюдаемые ранее гроты в стенках воронки. Происходят активное таяние замороженных стенок кратера (на рис. 2 и 3 видны потоки воды) и постоянное обрушение его краевых частей, включая бруствер (глина и суглинок).

Объем внутреннего пространства воронки до поверхности земли составляет 18 - 19 тыс. м³, что явно многократно превышает объем выброшенной породы, точно учесть который невозможно из-за потери значительной части при таянии ледогрунта. Судя по всему, до взрыва выброшенная порода (бруствер воронки) являлась покрышкой пустотного пространства, при этом ее толщина, видимо, достигала 7 - 9 м. Конические стенки верхней части воронки несут следы разрыва породы под углами к горизонтали 40 - 600, в то время как почти вертикальные стенки воронки имеют вид гладкого мерзлого грунта, а местами практически чистого льда. Предположительно вершина пинго-булгуннях возвышалась над рельефом местности (хасырей) на 5 - 9 м. C учетом имеющихся космоснимков время образования воронки, видимо, после июля 2013 г.

Координаты центра гидролакколита-булгуннях-пинго (рис. 1 - К1) точно совпали с центром воронки, что подтвердило правильность объяснений природы объекта взрыва [1, 2]. Очевидно, благодаря притоку воды, в скором будущем воронка будет полностью затоплена, что приведет к появлению нового озера в дополнение ко многим тысячам уже существующих на Ямале. В ходе осмотра территории вокруг воронки обнаружены два поднятия типа булгуннях, которые выделяются и на космоснимках (на рис. 1 показаны желтым цветом). Возможно, их ожидает та же судьба, что и взорвавшегося соседа. В связи с этим представляет несомненный интерес комплексное исследование данных объектов, включая электроразведку, способную определить состояние их внутреннего содержимого (лед-вода-газ). Проведение бурения важно, но очень опасно.

Содержание метана, углекислого газа, сероводорода и кислорода, замеренное снаружи и на разных уровнях внутри воронки с помощью сертифицированного портативного четырехканального газоанализатора «Джин-газ» ГСБ-3М-07, любезно предоставленного нам компанией ЗАО «Фирма ВЕМ», не превышает фоновое. Отметим, что замеры во время первой экспедиции показали повышенное содержание метана. Весьма вероятно, что почти за 40 дней со времени первой экспедиции падающая на дно воронки глинистая порода запечатала каналы подтока газа со дна, как это происходит с грязевыми вулканами, а рост давления газа через газоподводящие каналы приведет к очередному пневматическому взрыву - выхлопу газа. Мы допускаем возможность самовоспламенения газа при образовании взрывоопасной смеси с воздухом (концентрация метана 5 - 16%) [1, 2].

О возможности образования в своде булгуннях воздушных полостей с повышенным или пониженным (до 0,44 - 0,5 атм.) давлением отмечалось в ряде работ ([3] с. 292 - 293). При бурении в апикальной (сводовой) части булгуннях «сжатый воздух нередко с шумом вырывается из скважин, а после достижения водяных линз или водоносных горизонтов скважины фонтанируют»; разрывы кровли иногда сопровождаются «взрывами, разбрасывающими обломки кровли» ([3] с. 288, 292). К сожалению, в цитируемой работе конкретные даты и местоположения (координаты) описанных событий отсутствуют. Ясно лишь, что они наблюдались неоднократно и в различных регионах.

По данным И.Л. Кузина, в ряде озер севера Западной Сибири наблюдались газопроявления, а на дне были выявлены «… воронки взрыва (газового прорыва). Они представляют собой конусовидные углубления в дне, окруженные аккумулятивными валиками … за счет выброшенного при взрыве грунта. Размеры воронок по внешнему краю валиков достигают 5 - 10 м и более. Отобранный из воронок взрыва газ имеет преимущественно азотно-метановый состав с очень низким содержанием тяжелых углеводородов» до 0,06% [4]. На Тазовском полуострове на Уренгойской площади воронки взрыва были выявлены на дне озер Регин-То и Второе Длинное (в других работах названий этих озер Регинто и 2-е Длинное). Анализ изотопного состава гелия (до 0,005% от объема газа) и углерода метана, проведенный во ВНИГРИ, свидетельствует о его поступлении из глубоких (1 - 3 км) горизонтов.

Во многих известных работах о строении дна в арктических и других морях упоминаются воронки, обычно называемые покмарками (Pockmarks), к которым часто подходят газоподводящие каналы с больших глубин [1, 2, 5, 6]. Талики под глубокими непромерзающими озерами и реками выполняют функцию окон дегазации залежей газа и газогидрата из прилегающих частей многолетнемерзлых пород (ММП), являющихся хорошей покрышкой. Во время полета над Ямалом нами выявлено одно озеро с явными признаками сильной дегазации (рис. 4). В работах ООО НТФ «Криос» доказано, что в районе Бованенковского НГКМ «…на отдельных участках мерзлая толща имеет двух- и, возможно, трехслойное строение» ([7], с. 155), что встречается и в других регионах суши и акваторий. Это создает дополнительные возможности для субгоризонтальной миграции пластовой воды и газа, часть которых разгружается через многочисленные талики, существующие под термокарстовыми озерами и крупными реками.

Рис. 4 Глубоководное озеро с признаками дегазации Вид из вертолета (фото автора)

По данным ООО «ТюменНИИгипрогаз» в 33% испытаний внутримерзлотных залежей газа дебиты превышали 1000 м³/сут ([8], с. 270). Пластовые давления обычно были ниже гидростатического; лишь на пяти объектах они его превышали на 3 - 14% ([5], с. 273). Наиболее длительные газопроявления наблюдались из интервала 72 - 80 м с пластовым давлением 8 атм. в скважине № 64 южной части Бованенковского месторождения: горение факела продолжалось в течение 550 суток ([5], с. 273). При этом первые 30 дней дебит газа менялся от 3000 до стабильного 500 м³/сут. Всего в данном факеле сгорело около 300 тыс. м³ газа. Вышесказанное дает серьезные основания для постановки задачи выявления и использования небольших залежей газа, приуроченных к ММП, для местных нужд.

Анализ сорбированного газа в кайнозойских отложениях Бованенковского НГКМ на глубине 0 - 220 м, проведенный в ООО «ТюменНИИгипрогаз», показал широкий диапазон изменений изотопного состава углерода метана ?¹³С от -54 до -76 ‰, а ниже до глубины 350 м ?¹³С меняется от -43,5 до -57 ‰ ([8], с. 274). На наш взгляд, это свидетельствует о подтоке в криолитозону флюидов из верхнемеловых отложений и, в первую очередь, из сеноманской газовой залежи, расположенной на глубинах 500 - 680 м, всего на 300 м ниже подошвы ММП.

Во время полетов на вертолете над Ямалом и территорией Ненецкого автономного округа летом 2014 г. (в суммарном объеме около 2000 км) погода благоприятствовала проведению качественных фото- и видеосъемок, автор накопил значительный архив данных. Выявлено около 100 потенциально опасных объектов, которые анализируются и будут положены в основу нового раздела создаваемой геоинформационной базы. На рис. 5 показан обнаруженный нами крупный булгуннях-пинго, кровля которого обрушилась (просела) из-за тающего ледяного ядра без выброса породы на поверхность земли (Pingo remnant). В его наиболее сильно просевшей части образовалось небольшое озеро - пример классического зарождения глубокого термокарстового озера.

Рис. 5 Останец булгуннях-пинго (Pingo remnant) на Ямале. Вид из вертолета (фото автора)

Наиболее значимые объекты нефтегазовой промышленности России расположены в районах развития ММП (рис. 6 сине-зеленый цвет). Один из создаваемых ГИС-проектов посвящен опасным объектам типа пинго-булгуннях, показанных на рис. 6 красным (многолетние) и оранжевым (сезонные) цветами. Одним из основных источников информации при подготовке карты (рис. 6) является обобщение Б.И. Втюрина и П.А. Шумского [8].

Рис. 6 Карта распространения булгуннях-пинго в районах вечной мерзлоты (красный цвет - многолетние, оранжевый - сезонные)

кратер булгуння арктический мерзлота

Важным результатом экспедиции на Ямал является детальная фото- и видеодокументация текущего состояния воронки. При внимательном анализе со значительным увеличением изображения озера на дне воронки, на наш взгляд, удалось понять природу темного (практически черного) пятна, выделяющегося на общем фоне воды, имеющей бежевый цвет из-за взвеси глинистых частиц (рис. 7). Фотография на рис. 7 является увеличенным фрагментом рис. 3 с равномерным усилением яркости. Небольшие светлые пятна на черном фоне - результат падения грунта, разгоняющего плавающую субстанцию. Наблюдение поведения черного пятна в процессе постоянного падения воды и глинистой породы показывает его способность к самосохранению как единого целого. Образовавшиеся светлые пятна стягиваются в точку и закрываются менее чем за минуту. Черное пятно смещается в сторону с минимальным падением грунта, что осложняет его визуальный анализ (рис. 2). Журнальная печать вряд ли может передать оттенки воды и пятна, имеющие при крупном увеличении переливы различными цветами радуги. С высокой степенью вероятности можно утверждать, что черное пятно является нефтью, а не плавающим торфом или чем-либо другим. Наличие нефти в воронке свидетельствует о миграции (прорыве) флюидов со значительных глубин (более 2 - 3 км), что, в принципе, является естественным событием. У ряда сеноманских газовых залежей севера Западно-Сибирского НГБ, разбитых глубинными разломами, имеются нефтяные оторочки (Тазовское, Западно-Мессояхское, Восточно-Мессояхское, Русское, Северо-Комсомольское и др.).

Рис. 7 Вид водоема на дне воронки с края бруствера с многократным приближением (фото автора)

В результате героических усилий опытного альпиниста В.А. Пушкарева с большим трудом из воронки была взята проба воды, но, к сожалению, очень ограниченного объема и из зоны отсутствия черного пятна. Тем не менее мы не оставляем надежд получить подтверждение наличия в воде жидких углеводородов. Отметим, что на Ямале во многих водоемах наблюдается высокое содержание нефтепродуктов естественного происхождения, значительно (в 10 - 100 раз) превышающее ПДК (0,05 мг/л) ([5], с. 47]. Эти нефтепродукты могли попасть на поверхность только через талики, а подойти к таликам по системам разломов вместе с водой и газом. Сопоставление положения воронок Ямала с разломами, выделенными по геофизическим данным и при дешифрировании линеаментов (взяты из работы [9]), свидетельствует об их близком расположении, что подтверждает возможность миграции флюидов с больших глубин (рис. 8). Рис. 8 подготовлен на основе космоснимка с сайта Bing (Microsoft). Наличие характерного черного пятна (рис. 7) является наиболее веским доказательством притока жидких и газообразных флюидов с больших глубин, способствовавших таянию ледяного ядра булгуннях, кровля которого не выдержала высокого давления и взорвалась.

Рис. 8 Воронки и разломы на полуострове Ямал

26 августа предварительные результаты экспедиции вместе с объяснением наиболее вероятной природы происходящих выбросов газа из криолитозоны с образованием воронок Ямала и Таймыра были доложены губернатору ЯНАО Д.Н. Кобылкину во время пресс-конференции в его резиденции.

В настоящее время участниками некоммерческого партнерства «Российский центр освоения Арктики» ведется подготовка комплексной научной программы изучения опасных природных явлений в ЯНАО. По нашей просьбе И.А. Гарагаш из Института физики Земли (ИФЗ) РАН проводит математическое моделирование взрывных процессов в подземных полостях ММП, а в РГУ нефти и газа предполагается исследовать эффективность электроразведки при выявлении взрывоопасных объектов в ММП. Мы будем рады расширению сотрудничества.

Литература

1. Богоявленский В.И. Угроза катастрофических выбросов газа из криолитозоны Арктики. Воронки Ямала и Таймыра // Бурение и нефть. 2014. №9. С. 13 - 18.

2. Богоявленский В.И. Перспективы и проблемы освоения месторождений нефти и газа шельфа Арктики // Бурение и нефть. 2012. №11. С. 4 - 9.

3. Шумский П.А. Подземные льды. В кн.: Основы геокриологии (мерзлотоведения). М.: Изд-во АН СССР, 1959. Ч.1. С. 274 - 327.

4. Кузин И.Л. О природе аномальных озер - показателей углеводородов в глубоких горизонтах осадочного чехла. Проблемы оценки новых зон нефтегазонакопления в основных продуктивных толщах Западной Сибири. СПб: ВНИГРИ, 1992. С. 129 - 137.

5. Богоявленский В.И. Арктика и Мировой океан: современное состояние, перспективы и проблемы освоения ресурсов углеводородов / Монография. Труды Вольного экономического общества. М.: Изд-во ВЭО, 2014. Т. 182. №3. С. 12 - 175.

6. Judd A., Hovland M. Seabed Fluid Flow. The Impact on Geology, Biology, and the Marine Environment. Cambridge, 2007, 475 р.

7. Кондаков В.В., Язынин О.М., Кусова О.Ф. и др. Состав, строение и свойства пород глубоких горизонтов криолитозоны южной части Бованенковского ГКМ / В сб. Второй конференции геокриологов России. М.: МГУ, 2001. Т. 3. С. 149 - 155.

8. Криосфера нефтегазоконденсатных месторождений полуострова Ямал. Т. 2. Криосфера Бованенковского нефтегазоконденсатного месторождения / Под общ. ред. Ю.В. Баду, Н.А. Гафарова, Е.Е. Подборного. М.: ООО «Газпром экспо», 2013. 424 с.

9. Крицук Л.Н. Подземные льды Западной Сибири. М.: Научный мир. С. 210 - 352.

Размещено на Allbest.ru