Современное состояние криолитозоны Енисей-Хатангского регионального прогиба

УДК 551.34; 624.139

А.Ф. Сухорукова

ИНГГ СО РАН, Новосибирск

СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ КРИОЛИТОЗОНЫ ЕНИСЕЙ-ХАТАНГСКОГО РЕГИОНАЛЬНОГО ПРОГИБА

В статье рассмотрено современное состояние криолитозоны Енисей-Хатангского регионального прогиба. В настоящее время территория привлекает все большее внимание научных и производственных организаций в связи необходимостью возможностей восполнения запасов нефти и газа в северных районах Западной и Восточной Сибири. Детальный анализ данных по температуре и мощности многолетнемерзлых пород (геотермические исследования в разные годы более чем в 260 глубоких скважин и многолетних исследований динамики развития мощности криолитозоны) позволил впервые составить детальную карту мощности многолетнемерзлых пород Енисей-Хатангского регионального прогиба масштаба 1 : 500 000 (для западной части) и 1 : 1 000

000 (для восточной части).

A.F. Sukhorukova

Tromuk Institute of Petroleum Geologu and Geophysics SB RAS

Acad. Koptug av.3, Novosibirsk, 630090, Russian Federation

CURRENT STATE OF CRYOLITHOZONE OF THE YENISEI-HATANGA REGIONAL FLEXURE

The current state of cryolithozone of the Yenisei-Khatanga regional flexure is reviewed. Currently, the territory has drawn increasing attention from many scientific and industrial organizations on the need to fill the oil and gas reserves in the northern parts of Western and Eastern Siberia. Detailed analysis of data on temperature and thickness of permafrost (geothermal studies in different years more than 260 deep wells and long-term studies of the dynamics thickness of cryolithozone) allowed for the first time to compile a detailed map of power permafrost Yenisei-Khatanga regional flexure scale 1 : 500 000 (for east part) and

1 : 1 000 000 (for west part).

Территорию Енисей-Хатангского регионального прогиба (ЕХРП) можно подразделить на две части: западную и восточную. Западная часть относиться к северо-востоку Западно-Сибирского мегабассейна, а восточная часть расположена на северо-западе Восточной Сибири, которая по своему геологическому строению отличается от западной Сибири.

Западная часть района исследования расположена в переходной (в гидрогеологическом отношении) области от Западно-Сибирского мегабассейна (ЗСМБ) к западной части Енисей-Хатангского регионального прогиба (ЕХРП). Ввиду необходимости восполнения запасов в ЗападноСибирской нефтегазоносной провинции территория ЕХРП в настоящее время привлекает все большее внимание научных и производственных организаций. При геологоразведочных работах на нефть и газ необходимо учитывать особый геологический объект - многолетнемерзлые породы, слагающие современную криолитозону. Многолетнее промерзание водопроницаемых

пород приводит к образованию криогенных водоупоров и качественно новому состоянию пород. Изменяются, хотя и менее существенно свойства слабопроницаемых пород, являющихся в гидрогеологических структурах литологическими водоупорами. Опираясь на принятую гидрогеологическую стратификацию ЗСМБ и имеющиеся фактические данные в изучаемом регионе можно выделить два гидрогеологических этажа: верхний и нижний. Верхний этаж, представлен четвертичными и турон-олигоценовыми отложениями, которые находятся в многолетнемерзлом состоянии. Нижний этаж включает в себя отложения апт-альб-сеноманского, неокомского, верхнеюрского, нижне-среднеюрского и нерасчлененного триас-палеозойского комплексов.

Геокриологические условия западной части ЕХРП в течение длительного времени контролируются физико-географическим условиями. Район относится к Западному сектору Арктики, в определенной мере переходному от сугубо морского климата европейской территории России к континентальному климату Восточной Сибири. Роль арктических воздушных масс в формировании климата резко возрастает, поэтому площадь, занимаемая вечномерзлыми породами здесь значительно большая (южная граница криолитозоны здесь располагается примерно на 60° с.ш.), чем в европейской части России [1, 4-9]. Главной особенностью Западной Сибири является четкое проявление широтной зональности распространения криолитозоны. Территория Енисей-Хатангского прогиба относится к зоне сплошного монолитного распространения вечной мерзлоты. Район исследования находится севернее полярного круга, где по мнению Г.Э. Розенбаума и Н.А. Шполянской для криолитозоны Западной Сибири происходит своеобразное изменение ее мощности - мощность в нарушении логики увеличивается в направлении с севера на юг [8].

Детальный анализ имеющихся данных по температуре и мощности многолетнемерзлых пород с тщательной разбраковкой материалов (геотермические исследования в разные годы более чем в 200 глубоких скважин и многолетних исследований динамики развития мощности криолитозоны^ позволил впервые составить детальную карту мощности многолетнемерзлых пород юго-западной части ЕХРП и сопредельных территорий масштаба 1 : 500 000 (с градацией изолиний 40 м). На карте прослеживается следующая картина: - севернее 71° с.ш. многолетнемерзлые породы имеют максимальные мощности (более 680 метров в районе скважин Гольчихинской и Хабейской площадей); - между 71° с.ш. и 69° с.ш. наблюдается тенденция снижения мощности до 300-400 м, а в районе долины р. Енисей и Майской площади отмечаются её минимальные значения до 180 и менее метров; - южнее 69° с.ш. в центральной части района исследований прослеживается тенденция к увеличению мощности ММП до 480-520 м. В целом нужно подчеркнуть, что вся территория расположена севернее полярного круга и покрыта сплошным мощным чехлом многолетнемерзлых пород, которые являются региональным водоупором, выдержанным по простиранию и мощности.).

Многолетняя мерзлота в Енисей-Хатангском районе образовалась до формирования современного рельефа и гидрографической сети о чем свидетельствует значительная ее мощность вблизи русла р. Енисей и уменьшение мощности на водораздельных пространствах если они приурочены к сводовым частям поднятий. Существенное влияние на положение мерзлоты в районе оказали структурные условия залегания пород и тектонические разломы. На приподнятых участках поднятий и в зонах тектонических нарушений мощность мерзлоты уменьшается. Под крупными озерами и реками наблюдается ослабление мерзлоты под отепляющим воздействием водных масс, имеющих положительную температуру в течение всего года.

Восточная часть Енисей-Хатангского прогиба расположена на северо-западе Восточной Сибири. Существенный вклад в изучение

геокриологических условий этой территории внесли работы В.В. Баулина,

Даниловой Н.С., Кудрявцева В.А., Романовского Н.Н., Шевелевой Н.С., Хомичевской Л.С., Шепелева В.В., Толстихина О.Н., Пигузовой В.М., Мельникова П.И. и многих других. Несмотря на это район изучен не равномерно и не детально. Изучение геокриологических условий было выполнено на основе имеющихся фактических данных, исследованиях прошлых лет, результатом является карта мощности многолетнемерзлых пород масштаба 1 : 1 000 000 .

Район исследований расположен в пределах Северной

геокриологической зоны (севернее полярного круга) [2], которая

характеризующуюся почти полным отсутствием протаивания на протяжении всей эпохи охлаждения. На основе построенной карты мы предлагаем рассмотреть две геокриологические зоны:первая - Северная ( практически полностью перекрывает район исследования), включает в себя Хатангский и Анабаро-Хатангский бассейны, вторая зона - Анабарская повторяет очертания Анабарского массива. Самая восточная окраина района захватывает часть Оленекского бассейна.

Следует отметить, что Северная зона пережила длительные периоды трансгрессий и регрессий, многократные оледенения, а Анабарская зона, Путторанская зона не подвергалась значительным трансгрессиям и оледенениям. Условия формирования и современное состояние мерзлых толщ обоих толщ различны [1].

Северная зона представляет собой слабо всхолмленную приморскую равнину со средними абсолютными отметками 80-150 м, сложенную мезозойскими и четвертичными песчано-глинистыми отложениями.

Характер распространения ММП с поверхности и их средняя годовая температура определяется главным образом широтной зональностью. Среднегодовые температуры воздуха составляют до - 13,4 0С (Хатанга). Снежный покров отличается очень большой плотностью и

неравномерностью распределения на поверхности, его мощность колеблется от 20 до 7 см. Крайне суровая природная обстановка предопределяет сплошное распространение ММП. Слой сезонного оттаивания не превышает

0,5 м (редко более). Сквозные талики чрезвычайно ограничены по площади, они связаны с выходами подземных вод или приурочены к руслам крупных рек.

Температура горных пород закономерно понижается с юга на север. В южной части региона, в районе населенных пунктов Дудинка, Хатанга, а также в долине р. Пясины температуры горных пород меняются от - 7,0 0С до - 4,0 0С. На севере, в бухтах Кожевникова, Нордвик, Сындаско и на Балахнинской разведочной площади, температуры горных пород понижаются до - 13,0 0С.

Понижение температур горных пород отмечается также и с запада на восток, что связано, вероятно, с увеличением континентальности климата и уменьшение мощности снега [3]. Минимальная температура пород на западе территории составляет - 10,0 0С, на востоке - 13,0 0С. В долине р. Пясины снежный покров мощностью до 40 см повышает температуру пород на 1,0 0С. Рельеф также оказывает влияние на температурный режим горных пород. В условиях океанического типа теплообмена понижение температуры происходит от днищ долин (- 4,0 — 5,0 0С) к водоразделам (- 7,0 — 8,0 0С). Далее приводятся геотермические параметры некоторых разведочных площадей по данным В.Т. Балобаева [3] (температуры ^С пород на глубине нулевых годовых амплитуд): Балахнинская - 10,0; Средне-Пясинская - 8,0; Рассохинская - 7,0; Джанготская - 7,0. Криогенное строение ММП (многолетнемерзлых пород) свидетельствует о наличии как эпигенетического, так и сингенетического промерзания отложений.

Южнее Северной расположена Анабарская зона - равнина с абсолютными отметками 100-300 м, в плоскогорных обрамлениях до 800 м. Влияние широтной зональности климата на формирование температур и распространение ММП остается весьма существенным, среднегодовые температуры с севера на юг меняются от - 12,0 0С до - 6,0 0С. Мощность снежного покрова колеблется от 30 до 50 см. Эта зона сплошного распространения ММП, глубина сезонного промерзания не превышает 0,5 м и практически не зависит от литологии отложений, сквозные талики встречаются крайне редко; они приурочены к узким зонам тектонических нарушений в днищах речных долин. Температура пород составляет от - 7,0 до - 5,00С. В зоне преобладают сингенетические толщи ММП (в основном делювий суглинистого состава), так как здесь на протяжении всей эпохи охлаждения практически отсутствовало протаивание. Эпигенетические мерзлые породы отмечаются в скальных породах, которые на обширных территориях фактически залегают с поверхности.

Северная геокриологическая зона охватывает большую часть Енисей-Хатангского регионального прогиба, который развивался с познепалеозойского времени как зона опускания. Мощность осадочного чехла достигает 10 км, четвертичного покрова до 200 м. Мощность теплового потока в пределах прогиба по данным В.Т. Балобаева [3] составляет 40-60

Л

мВт/м , эти значения достаточно высоки. Мощности зоны

отрицательных температур (по данным бурения в м) для различных

разведочных площадей следующие: Балахнинская - 580; Среднепясинская -500; Рассохинская - 460; Джанготская - 510.

Принимая во внимание океанический тип высотной поясности в регионе и приуроченность наиболее низких средних годовых температур (до - 7,0 0С) к водораздельным пространствам, можно ожидать, что мощности мерзлых толщ будут закономерно возрастать от долин к водоразделам. Наиболее низкие значение мощности ММП отмечаются в Северной зоны в долине р. Хатанга, Кожевниковском, Нордвикском, Сындаском заливах, а также в областях расположения крупных озер: Таймыр, Лабаз. Здесь наблюдается уменьшение мощность ММП до 400 м и ниже. Немногочисленные данные, свидетельствуют, что под заливами и крупными озерами мощность ММП составляет 50-100 м, сквозных таликов не отмечается.

Вообще при интерпретации данных о характеристиках мерзлых толщ в днищах речных долин требуется строго индивидуальный подход, так как при любых, даже самых суровых условиях, связь подземных вод с поверхностными все-таки осуществляется через русла рек, вследствие чего мощность и конфигурация подошвы мерзлой толщи могут претерпевать самые неожиданные изменения.

Максимальные значения ММП в северной зоне исследованы для разведочных площадей Владимирская и Логатская, мощность их достигает 700 и более м.

В целом по региону, исходя из постоянно суровых климатических условий, длительности периода промерзания и отсутствия мощной зоны пресных вод, можно было бы ожидать развития зоны пресных вод, можно было бы ожидать развития мерзлой толщи до глубины 1 000 м. Однако, по фактической данным, мощность мерзлой толщи не превышает 600 м, в то время как в более южных районах - Анабарская зона, увеличивается до 800 м. Объяснение таким, сравнительно небольшим, мощностям зоны отрицательных температур можно искать в отепляющем влиянии морских трансгрессий и достаточно высоких величинах теплового потока (обусловленного тектоническим строением региона), препятствующему глубокому промерзанию недр.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Баулин В.В. Многолетнемерзлые породы нефтегазоносных районов СССР. - М.: Недра, 1985 - 175 с.

2. Вожов В.И., Гурари Ф.Г.Сурнин А.И. Геотермические условия нефтегазаносности Сибирской платформы // Советская геология. - 1983. - № 10. - С. 4956.

3. Балобаев В.Т. Геотермия мерзлой зоны литосферы севера Азии. - Новосибирск: Наука, 1991. - 194 с.

4. Геокриологический прогноз для Западно-Сибирской газоносной провинции. -Новосибирск: Наука, 1983. - 180 с.

5. Девяткин В.Н. Тепловой поток криолитозоны Сибири. - Новосибирск: Наука, 1993. - 163 с.

6. Пономарев В.М. Вечная мерзлота и подземные воды района Усть-Енисейского порта. Тр. ин-та мерзлотоведения им. В.А. Обручева, 1952, т. 10.

7. Равдоникас О.В. Основные итоги гидрогеологических исследований нефтеносных районов севера Западной Сибири // Труды НИИГА, т.129, М., 1962, 194 с.

8. Розенбаум Г.Э., Шполянская Н.А. Позднекайнозойская история криолитозоны Арктики и тенденции ее будущего развития. - М.: Науч. мир, 2000. - 103 с.

9. Трофимов В.Т., Васильчук Ю.К., Баулин В.В., Гречищев С.Е., Дубиков Г.И., Баду Ю.Б., Фирсов Н.Г. и др. Геокриология СССР, Западная Сибирь. - М.: Недра, 1989. -454 с.

© А.Ф. Сухорукова, 2010