Выбор мест закладки грунтовых реперов с учетом прогнозного изменения геокриологической обстановки от техногенной деятельности

УДК 528.015 А.М. Олейник ТюмГНГУ, Тюмень

ВЫБОР МЕСТ ЗАКЛАДКИ ГРУНТОВЫХ РЕПЕРОВ С УЧЕТОМ ПРОГНОЗНОГО ИЗМЕНЕНИЯ ГЕОКРИОЛОГИЧЕСКОЙ ОБСТАНОВКИ ОТ ТЕХНОГЕННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

В статье рассмотрены рекомендации по выбору мест закладки реперов в условиях распространения многолетнемерзлых грунтов. Показано влияние техногенной деятельности на территории Бованенковского месторождения на геокриологическую обстановку и высотное положение реперов.

A.M. Oleynik

Tyumen state Oil and Gas University

CHOICE OF PLACES OF THE BOOKMARK OF SOIL REFERENCE POINTS TAKING INTO ACCOUNT THE ABM-GNOZNOGO OF CHANGE OF GEOKRIOLOGICHESKY CONDITIONS FROM TECHNOGENIC ACTIVITY

The article deals with guidelines for choosing a bookmark frame in permafrost soils. Shows the influence of anthropogenic activities on the territory of the Bovanenkovo field on permafrost conditions and the altitudinal frames.

Освоение Бованенковского, Харасавэйского, Ленинградского и др. газоконденсатных месторождений на территории полуострова Ямал требует взвешенного подхода к сохранению сложившейся природной обстановки, т.к. даже незначительное увеличение нагрузки на природную среду (концентрация энергетического производства, увеличение населения) может нарушить ее устойчивое существование и привести к необратимым последствиям. Особенно это касается изменения состояния многолетнемерзлых пород (ММП), которые являются основанием промысловых инженерных сооружений. Под действием внешних природных и техногенных факторов ММП могут проявлять свойства необратимости деформирования в зависимости от геологического типа, содержания влаги, минералогического состава и временных условий нагружения [1, 2].

Продвижение газодобывающего комплекса на северные территории требует развитой геодезической сети, которая служит основой при создании изыскательских топографических планов, выполнения разбивочных работ и контроля состояния инженерных сооружений, зданий и оборудования во время эксплуатации. Особая роль принадлежит обеспечению плановой и высотной устойчивости геодезических центров и реперов. Заложенные в верхние слои ММП геодезические центры и реперы должны сохранять свою устойчивость во

времени и не подвергаться влиянию криогенных процессов и изменению свойств ММП [3, 4, 5]. Достижение устойчивости грунтовых реперов и геодезических центров возможно применением рациональных их конструкций и правильным выбором мест закладки, где воздействие на них внешних дестабилизирующих факторов было бы минимальным.

Разработка рекомендаций по выбору мест закладки реперов должна осуществляться на основе инженерно-геокриологических изысканий

территории месторождений. Инженерно-геокриологические изыскания

включают сбор, систематизацию и обобщение материалов изысканий прошлых лет и других сведений о природных условиях территории, космо- и аэрофотосъемку и дешифрирование снимков, инженерно-геокриологическую съемку мест закладки центров и реперов. В процессе изысканий устанавливается общая геокриологическая обстановка территории,

распространение мерзлых толщ в плане и по глубине, естественный

температурный режим мерзлых и талых пород, состав и льдонасыщенность пород, распространение и интенсивность развития криогенных процессов, динамика глубины сезонноталого слоя и др. [6].

Для выбора мест закладки реперов в условиях распространения ММП необходимо придерживаться следующих рекомендаций [3, 5, 7]:

- Избегать мест, где наблюдается развитие деструктивных

геокриологических процессов: термокарст, солюфлюкция, оползни,

морозобойные трещины, бугры пучения («булгунняхи») и других

нежелательных мерзлотных явлений и процессов;

- Места закладки должны находиться на участках со сливающимися

многолетнемерзлыми грунтами при небольшой мощности глубины

сезонноталого слоя. В этом случае анкерное устройство репера будет всегда находиться в многолетнемерзлом грунте и оказывать сопротивление силам выпучивания;

- Увлажненность многолетнемерзлых грунтов должна быть ниже чем объем заполнения пор горных пород. Должно соблюдаться требование, чтобы в месте закладки репера не было значительного скопления воды участки и затопления весенними паводками;

- В местах закладки реперов должны располагаться слабопучинистые грунты (пески, супеси). Необходимо избегать мелкодисперсные и глинистые грунты, обладающие большой поглощаемостью и капиллярностью, и как следствие, пучинистостью;

- Реперы должны располагаться вне зоны теплового взаимодействия с инженерными сооружениями. Радиус зоны взаимодействия должен определяться из теплофизических расчетов. Возможно закрепление реперов вблизи не отапливаемых помещений с проветриваемыми подпольями, под которыми и вокруг их появляются новообразованные многолетнемерзлые грунты («мерзлое ядро»);

- Необходимо избегать мест для закладки реперов: на открытых южных склонах повышений рельефа, где мощность сезонноталого слоя значительна, а

температура мерзлого слоя высокая; подветренных склонов, где скапливается мощный слой снегового покрова, который повышает температуру многолетнемерзлых грунтов и мощность сезонноталого слоя.

Выбор мест закладки реперов должен осуществляться с учетом прогнозного изменения природной среды и ММП на нарушенных площадях под влиянием техногенной деятельности, т.к. первоначально сложившаяся природная геокриологическая обстановка территории месторождения существенно изменяется в зависимости от жизненных этапов геотехнических систем добычи и транспорта нефти и газа: проектирование, строительство и эксплуатация. Изменения геокриологических условий проявляются в повышении или понижении температуры ММП, увеличении или уменьшении глубины сезонноталого слоя и развитии криогенных процессов. Прогнозная составляющая при закладке становится актуальной, так как от предвидения увеличения сезонноталого слоя и негативных последствий возможной активизации криогенных процессов во многом зависит устойчивость и сохранность реперов во времени.

Основными факторами, влияющими на формирование сезонноталого слоя на территории месторождений Ямала, являются: рельеф, литологический состав и свойства грунтов, мощность торфяного горизонта, растительный покров, дренированность поверхности.

Зависимость глубины протаивания от состава и свойств грунтов проявляется однозначно: увеличение дисперсности и влажности приводит к уменьшению глубины сезонного протаивания. Наиболее типичные мощности сезонноталого слоя составляют 0,3-0,8м (слабо дренированные, часто оторфованные поверхности водоразделов и пойм с осоково-моховой растительностью, торфяники) и 0,8-1,2м (дренированные участки водоразделов и пологих склонов морских и аллювиальных террас с кустарничково-мохово-лишайниковой растительностью).

Следует учитывать, что растительный покров обладает теплоизоляционными свойствами. Торфяной и моховый покров, в зависимости от его мощности и влажности может почти в два раза уменьшить глубину сезонного оттаивания почвы и понижать температуру многолетнемерзлых грунтов. По расчетам А.П. Чернядьева мощный покров мха-сфагнума понижает среднегодовую температуру пород на 0,5-1,5°С в тундре и до 2-3°С в лесотундре и северной тайге. Мхи зеленые, лишайники менее влияют на среднегодовую температуру пород тундровых комплексах: в лесотундре понижение температуры составляет 0,5-1°С, а южнее 1-1,5°.

Уже на начальном этапе освоения Бованенковского месторождения зафиксировано появление очагов «техногенного» термокарста, развивающихся под воздействием нарушения условий теплообмена при различных видах техногенных нарушений, таких как частичное или полное уничтожением напочвенного покрова, обводнении поверхности и снежными надувами в тени зданий. За 4-5 лет воздействие этих факторов привело к повышению средней годовой температуры грунтов на 0,5-1,0°С и увеличению глубины

сезонного протаивания грунтов на 30-50% [8]. Прогнозируется дальнейшее активное развитие термокарстовых процессов и оползней при техногенных нарушениях с последствиями, приближающимися к катастрофическим.

Происходит нарушение теплового равновесия при отсыпке песчаных призм высотой 0,5-2,5м под автомобильные дороги и до 1,5м под производственные базы, площадки УКПГ, КС, кусты эксплуатационных скважин и др. на растительный покров в зимний период, в связи с чем, увеличивается глубина сезонноталого слоя на открытых участках до 2,5-3,0м. Под сооружениями с проветриваемыми подпольями понижается температура грунтов и через 3-5 лет приложения техногенной нагрузки наблюдается поднятие кровли ММГ к основанию песчаной призмы, а через 20-25 лет образовывается «мерзлое ядро».

Вокруг подземных трубопроводов образуются ореолы протаивания грунтов [9], радиусы которых зависят от температуры транспортируемого газа и могут колебаться от 0,6 до 4м.

Промысловые здания представляют препятствие для ветрового переноса снега. С наветренной стороны надувы образуются на расстоянии до 10м от здания, с подветренной стороны они могут вообще не образовываться. Средневзвешенное значение мощности снежного покрова для застроенной территории примерно в 1,5-2 раза больше, чем в естественных условиях. Увеличение мощности снежного покрова влияет на повышение среднегодовой температуры. Мощность слоя равная 0,2-0,Зм может увеличить среднегодовую температуру на 2-3°С.

Следовательно, добиться необходимой стабильности реперов в неблагоприятных условиях распространения многолетнемерзлых грунтов с развитыми мерзлотно-геологическими процессами и явлениями возможно не только правильным выбором мест закладки, но с учетом возможного прогнозного изменения мерзлотно-геологических условий территории.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Андрианов, В.Н. Условия развития и распространения криогенных геологических процессов и явлений [Текст]/ В.Н. Андрианов, И.В. Войцеховская, С.Е. Гречищев, Л.Н. Крицук, В.Л. Невечеря, А.Я. Стремяков, Ю.Т. Уваркин, И.И. Шаманова, Ю.Л. Шур//В кн. Геокриология СССР. Западная Сибирь/Под ред. Э.Д. Ершова. - М.: Недра, 1989. - С. 135-155.

2. Афанасенко, В.Е. Изменения геокриологических условий на участках газовых месторождений на севере Западной Сибири [Текст]/В.Е. Афанасенко, С.Н. Булдович, Л.С. Гарагуля, Е.Н. Оспенников//Геоэкология.- 1997.-№3.-С. 5055.

3. Инструкция по нивелированию I, II, III, IV классов [Текст]. - М.: Недра, 2001. - 178 с.

4. Олейник, А.М. Применение грунтовых реперов с подвижной маркой для определения деформаций промысловых сооружений в северных широтах [Текст] / А.М. Олейник, Г. А. Уставич // Геодезия и картография. - 2010. - № 3. -С. 10-15.

5. Правила закладки центров и реперов на пунктах геодезической и нивелирной сетей [Текст]. - М.: Картгеоцентр - Геоиздат, 1993. - 104 с.

6. Гречищев, С.Е. Криогенные физико-геологические процессы и их прогноз [Текст] / С.Е. Гречищев, Л.В. Чистотинов, Ю.Л. Шур. - М.: Недра, 1980.

- 381 с.

7. Богданов, Б.Г. Закладка геодезических центров в районах многолетней мерзлоты [Текст] / Б.Г. Богданов. - М.: Недра, 1990. - 160 с.

8. Криосфера нефтегазоконденсатных месторождений полуострова Ямал [Текст] / Под общей ред. Ю.К. Васильчука, Г.В. Крылова, Е.Е. Подборного: В 3т.

- Тюмень: ООО «ТюменНИИгипрогаз, СпБ.: Недра, С. - Петерб. отд.-ие, 2006.

9. Столбов, Ю.В. Влияние подземных трубопроводов на устойчивость реперов, закладываемых на строительных площадках с вечномерзлыми грунтами [Текст] Ю.В. Столбов // Сб. Инженерная геодезия. - Киев: Будївельник, 1980. - С. 3-6.

© А.М. Олейник, 2011