Введение 3
1. Характеристика объекта исследования 5
2. Анализ ранее проведенных исследований 8
3. Методы и методика полевых работ 13
4. Обработка данных и интерпретация 17
5. Моделирование тепловых процессов 26
6. Моделирование влияния трёхмерной неоднородности от водоёмов 30
Заключение 33
Список использованных источников 35
Приложения
Геокриологический стационар Парисенто функционировал на п-ове Гыдан в 1980-1990-х годах. В то время в районе стационара был проведен значительный объем исследований, в том числе и геофизических по технологиям тех лет [20], произведено наблюдение за климатическими характеристиками территории - температурой воздуха, скоростью ветра, высотой снежного покрова, средним потоком солнечной радиации [9, 19]. Кроме того, была пробурена серия скважин, максимальной глубиной 73.5 м.
Одним из уникальных объектов в пределах стационара являются пластовые льды, вскрытые скважинами. Их установленная мощность составляет 30 м, а минимальная температура -8°С. Пластовые льды были обнаружены в ограниченном количестве скважин и границы их распространения оставались неясными. В то же время знание о геометрии распространения и объёмов пластовых льдов необходимо для оценки запасов пресных вод, находящихся в мёрзлом состоянии, уточнения особенностей формирования мёрзлой толщи [4], а также для решения инженерных задач в будущем, например, при строительстве газодобывающих скважин или развития инфраструктуры [5, 8].
На сегодняшний день, на п-ве Гыдан только начинается освоение месторождений углеводородов, и вероятно интенсивность добычи будет расти, потому что в этом районе сосредоточена значительная часть природного газа России. Однако северные районы обладают высокой чувствительностью к антропогенным воздействиям. Поэтому представляется целесообразным провести исследования на практически «не тронутой» территории для дальнейшего мониторинга состояния окружающей среды.
В 2016 году, спустя более 20 лет, исследования были возобновлены для уточнения имеющегося материала и получения новой информации о строении толщи многолетнемёрзлых пород (ММП) и глубины сезонно-талого слоя (СТС). Для исследования использовались электроразведочные методы, в частности метод вертикального электрического зондирования (ВЭЗ) в модификации электротомографии и метод зондирования становлением поля (ЗС). Данный комплекс методов активно применяется при решении геокриологических задач. Он позволяют выделить пластовый лед, оконтурить области распространения ММП, определить зоны СТС и области таликов. Над подобными исследованиями работают как зарубежные ученые [30, 35, 38], так и отечественные [13, 18, 23, 24]. Следует добавить, что преимуществами методов также является их относительно низкая стоимость и мобильность аппаратуры.
Объектом исследования являлась многолетнемерзлая толща на территории стационара Парисенто, предметом исследования - особенности геоэлектрического строения мерзлых пород.
Целью работы являлось уточнение геокриологического строения территории стационара Парисенто на основе интерпретации современных геофизических данных.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
• Провести анализ результатов ранее выполненных исследований (фондовых материалов);
• Произвести обработку полевых результатов современных исследований;
• Выполнить 2-D и 3-D инверсию электроразведочных данных;
• Построить разрезы и карты удельного электрического сопротивления (УЭС) участка исследований;
• Выполнить геокриологическую интерпретацию геофизических данных;
• Верифицировать полевые данные численным моделированием.
Работа была выполнена в институте нефтегазовой геологии и геофизики имени А. А. Трофимука СО РАН (ИНГГ СО РАН) в лаборатории геоэлектрики. Полевые данные были получены при совместных исследованиях ИНГГ СО РАН и Научного центра изучения Арктики (г. Салехард, Ямало-Ненецкий автономный округ).
В результате исследований была выполнена обработка полевых данных, полученных методами электротомографии и зондирования становлением поля. Построены разрезы распределения УЭС в различных проекциях, а также трёхмерные модели распределения УЭС исследуемой территории.
Электроразведочные исследования на стационаре Парисенто показали, что по значениям УЭС выделяются 3 типа пород: мёрзлые суглинки, мёрзлые пески и лёд. Используя полученные данные по бурению и электрическому зондированию, была построена комплексная модель разреза. Бурение позволяет определить наличие пластового льда и детально описать имеющиеся толщи. Методы электроразведки позволяют оконтурить зоны мёрзлых пород и выделить особенности их строения.
Мощность ММП по данным ЗС составила более 200 м. Отмечено, что на участке между оз. Круглое и оз. Геофизическое граница ММП погружается в юго-восточном направлении.
Участок исследования характеризуется горизонтально-слоистым строением среды. По данным ЭТ породы верхней части разреза до глубины 75-100 м обладают очень высоким УЭС, достигающим сотни тысяч Ом-м, а в некоторых случаях - превышающих миллион Ом-м. Высокие УЭС пород обусловлены их литологическим составом (пески) и низкой минерализацией замёрзшей поровой влаги. Самые высокие значения УЭС характерны для пластовых льдов.
Со стороны озера Круглое выделяется аномалия УЭС, которая, вероятно, связана с каналом миграции газа в толще мёрзлых пород. На каждом профиле ЭТ присутствует аномалия пониженного УЭС в центральной части разреза. Для установления природы этой аномалии было проведено температурное моделирование и моделирование влияния трёхмерной неоднородности.
Моделирование тепловых процессов показало, что под оз. Круглое имеется талик мощностью 110 м, а под оз. Парисенто талик сквозной. Эти талики не соприкасаются на глубине, не смотря на относительно небольшое расстояние между озёрами.
Моделирования влияния трёхмерной неоднородности на электрическое поле показало, что при решении двумерной обратной задачи для профилей, расположенных вблизи водоёмов, на геоэлектрических разрезах возникает ложная аномалия пониженного УЭС, достигающая 100%. Такие высокие значения характерны для профилей, расположенных в непосредственной близости от озёр. Чем дальше 33
расположен профиль, тем меньше это влияние, причем пик уменьшение УЭС проявляется на глубине, равной расстоянию от озера.
На данный момент неизвестно, какой именно вклад в понижение УЭС дает отепляющее действие озер, а какой - влияние трехмерной неоднородности от водоемов. Поэтому одной из задач, которая может быть поставлена для дальнейших исследований, является определение относительного вклада этих факторов в поле сопротивлений и разработка способов учета этих влияний.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
