В 2014 – 2015 гг. мировую известность получил гигантский кратер, обнаруженный в Ямало-Ненецком автономном округе (ЯНАО) в 30 км к югу от Бованенковского нефтегазоконденсатного месторождения (НГКМ). Вскоре выяснилось, что данный объект, называемый в многочисленных научных и информационных публикациях «Воронкой Ямала», имеет ряд аналогов, от которых он отличается, в основном, своими размерами – средние диаметры кратера и бруствера 26 и 37 м, а глубина – около 50 м.
Воронкам, обнаруженным на полуостровах Ямал и Гыдан, посвящены исследования авторов, опубликованные в ряде журналов, включая «Бурение и нефть» (№9 и 10 за 2014 г., №6 за 2015 г.) [1, 2, 3, 4, 5, 6 и др.]. В созданной геоинформационной системе (ГИС) ИПНГ РАН воронка Ямала зарегистрирована как В1 [1, 2].
8 июля 2015 г. при поддержке губернатора ЯНАО Д.Н. Кобылкина состоялась очередная экспедиция, организованная авторами этого материала – заместителем губернатора А.В. Мажаровым, директором Российского центра освоения Арктики (РЦОА) В.А. Пушкаревым и заместителем директора ИПНГ РАН В.И. Богоявленским. Основные задачи экспедиции заключались в проведении мониторинга воронки В1, первом наземном обследовании объекта В2 (рис. 1) и рекогносцировочных исследованиях из вертолета и с поверхности земли около 20 других объектов, расположенных южнее Бованенковского НГКМ и выделенных в результате анализа космоснимков в ИПНГ РАН. Экспедиция была оснащена газоанализаторами («Джин-газ» ГСБ-3М-07 ЗАО «Фирма ВЕМ» и др.), тремя эхолотами различных модификаций (включая компактный, забрасываемый спиннингом), моторной лодкой, беспилотным радиоуправляемым катером и другим необходимым оборудованием. Сразу отметим, что газовый состав воздуха (кислород, углекислый газ, метан и сероводород) на всех объектах оказался на уровне фона, а данные промеров глубины водоемов преподнесли сюрпризы, о которых говорится далее.
месторождения.
При визуальном анализе состояния воронки В1 из вертолета сразу бросилось в глаза значительное повышение уровня воды, произошедшее, главным образом, в весенне-летнее время 2015 г. (рис. 1). На поверхности водоема В1 плавают остатки льда. Замеренная температура воды в воронке составила всего 2 ° С, в то время как в соседнем мелком озере (замеренный максимум 3 м) она достигла 9 ° С. Это обусловлено ледяным составом стенок кратера, что было доказано во время экспедиции РЦОА в ноябре 2014 г., когда в кратер газового выброса впервые в мире спустились специалисты и провели ряд важных исследований [5, 6].
Исследование озера В1 с помощью портативного эхолота показало расположение дна на глубине 46 м (хотя он сертифицирован до 40 м), при этом уровень воды поднялся с 25 августа 2014 г. примерно на 25 м и находится на 10 м ниже самой низкой части бруствера. С учетом того, что большая часть породы бугра пучения обрушилась в воронку и покрыла дно (по нашим представлениям на 5 – 7 м), дно пустотного пространства будущего кратера находилось на глубине около 60 м, что несколько глубже, чем представлялось ранее.
Одной из основных задач экспедиции 8 июля 2015 г. было проведение первого наземного исследования уникального объекта, имеющего в нашей ГИС код В2. Этот объект расположен в 20 км к северу от воронки В1 и в 10 км к югу от Бованенковского НГКМ. Проведенный ранее анализ космоснимков показал, что на его месте, как и на объекте В1, первоначально существовал бугор пучения (рис. 2 а) [3, 6]. Кроме того, был сделан вывод о нескольких разновременных выбросах газа разной мощности, на месте которых образовалось одно большое (100х50 м) и более 35 малых озер (рис. 2 б). Судя по датам космоснимков (рис. 2) событие произошло между 4 июля 2009 г. и 21 июля 2013 г. На рис. 3 приведена фотография объекта В2 из вертолета, подтверждающая наличие многочисленных небольших водоемов вокруг большого озера неправильной формы. Стало очевидно, что за прошедшее время основное озеро претерпело существенное изменение по форме и увеличилось в размерах (главным образом в северной части) из-за активной термоденудации. Разлет крупных фрагментов породы, сохранивших близкую к первоначальной форму, наблюдается на удалениях от озера до 60 м. Но, судя по космоснимку (рис. 2 б, белесый фон) и наземным наблюдениям, существовал еще и грязевой выброс (фонтан?), изменивший значительную часть поверхности земли. Кроме того, вокруг большинства небольших озер, глубина которых не превышает 1 – 1,5 м, а диаметр меняется в широком диапазоне от 0,2 до 8 м, наблюдаются хорошо сохранившиеся брустверы (рис. 4).
Особенно необычно выглядят достаточно крупные брустверы около маленьких водоемов диаметром всего около 20 – 30 см, очень напоминающие жерла грязевых вулканов. Отметим, что классические выбросы грязевых вулканов инициируются аномальными пластовыми давлениями, создаваемыми газом. Однако выбросы грязи возможны и за счет давления, создаваемого промерзающими породами.
Северная часть озера В2 прилегает к подковообразному крутому обрыву с максимальной высотой в центральной части около 7,5 м, что обусловлено сохранившейся частью крупного поднятия булгунняха. В нижней части обнажения залегает кристально чистый лед с многочисленными трещинами, мощность которого максимальна в центральной (северной) части и минимальна в краевых частях подковообразного обнажения (рис. 5). Верхняя кромка льда находится на глубине 1 – 3 м ниже поверхности земли, а нижняя – однозначно ниже уровня воды в озере, что подтверждается наличием над водой небольших ледяных козырьков, существование которых объясняется более быстрым таянием подводной части льда из-за относительно высокой температуры воды в озере (8 – 9 ° С). Западная часть крутого берега разрезана узким щелеобразным оврагом с отвесными стенками высотой до 2 – 2,5 м. Вполне вероятно, что этот овраг является приповерхностным проявлением разлома, уходящего на большие глубины. Существование такого разлома в районе В2 подтверждается результатами региональных геофизических исследований и отмечалось нами с картографическим приложением в работе [2]. Кроме того, в работе [1] нами показано, что воронки В1 и В2 расположены в районе аномально высокого теплового потока, благодаря которому здесь возможна повышенная интенсивность субвертикальной миграции газа, приводящей к его выходам или даже мощным выбросам через талики, существующие на дне рек, озер, включая бывшие озера – хасыреи.
Поиск на дне озера В2 глубокого канала (кратера), подобного воронке В1, не увенчался успехом. Максимальная глубина озера составила 6 м. В его центральной части при исследованиях эхолотом обнаружено наслоение донных осадков, которое может быть обусловлено отражением упругих волн от первоначального дна и упавших на него пород верхней части булгунняха (рис. 6). Также наблюдаемое локальное затемнение между двумя отражающими горизонтами может быть продолжением в центральную часть озера разлома, зафиксированного на западном берегу озера, который послужил каналом подтока газа из внутримерзлотных или подмерзлотных коллекторов. В природе образования выбросов газа на объекте В2 мы не исключаем и возможный газогидратный след. Помимо этого в ряде мест были обнаружены провалы грунта глубиной до 0,8 м и с горизонтальными размерами до 1 м, возможно, обусловленные вытаиванием жильного льда (термокарст). Для объяснения произошедших (возможно, продолжающихся) уникальных процессов на объекте В2 необходимы комплексные геолого-геофизические исследования.
При рекогносцировочном визуальном осмотре изучаемой территории из вертолета выявлен ряд крупных бугров пучения (булгуннях), включая найденные на широтах 68 – 69° (рис. 7). В ходе многолетних исследований на севере Канады на полуострове Туктояктук выявлено около 1350 таких объектов, называемых пинго (pingo) [7]. Координаты всех канадских пинго давно известны, а в России им не уделялось достаточного внимания, хотя они представляют интерес не только для науки, но и для безопасного функционирования нефтегазовых промыслов и их периферийной инфраструктуры, а также других промышленных и жилых объектов. Один из таких объектов, обнаруженный в 2014 г. в центре Ямбургского НГКМ, явно угрожает безопасному функционированию газопровода.
В ходе экспедиции подтверждено происхождение нескольких круглых озер, сформировавшихся в результате традиционного разрушения булгуннях в процессе протаивания ледяных ядер [8]. Однако берега двух выявленных круглых озер покрыты светлой породой, контрастно выделяющейся на фоне общей растительности (рис. 8). Предположительно это связано с выбросами породы (суглинок?) на поверхность при пневматических взрывах булгуннях, как в случае воронок В1, В3, В4 [1, 2] и других подобных объектов.
Проведенный анализ космоснимков и рекогносцировочные исследования из вертолета позволили выделить на пяти озерах (включая крупное Тамбой-То) многочисленные подводные воронки – каналы дегазации недр земли. В одном лишь озере, обнаруженном на широте 68,80 (рис. 9), насчитывается свыше 40 воронок, при этом многие из них имеют брустверы. Как мы уже отмечали, в Мировом океане существует бесчисленное множество таких объектов, называемых покмарками (pockmarks) [3, 9]. Исследованию покмарок (воронок, грифонов и пр.) на озерах ЯНАО посвящен ряд публикаций [3, 11], включая работу И.Л. Кузина [10], в которой приводятся результаты изотопного состава гелия и углерода метана, свидетельствующие о его поступлении из глубоких (1 – 3 км) горизонтов. Однако мы уверены, что во многих случаях выходящий газ имеет биогенное происхождение или образовался при диссоциации (разложении) газогидрата, существование которого в районе Бованенковского НГКМ доказано [12].
Выводы
• Мы не сомневаемся, что на территории ЯНАО и в других регионах Арктики выбросы газа из недр Земли, с образованием наземных и подводных (в морях, озерах и реках) воронок – кратеров, являются далеко не новым явлением, а только недостаточо изученным. Благодаря активизации работ в Арктике в ближайшее время будут найдены новые уникальные объекты, связанные с дегазацией недр и другими природными процессами. Чтобы устранить сомнения в природном присхождении этих объектов необходимо расширение комплексных геолого-геофизических исследований.
• Мониторинг воронки газового выброса В1 подтвердил наше предположение, что такие объекты могут превращаться в обычные озера за очень короткий срок (до двух-трех лет), что осложняет их поиск и изучение.
• Своевременному выявлению крупных выбросов газа, сопровождающихся маломагнитудными землетрясениями, будет способствовать установка в Арктике дополнительных сейсмических станций, передающих информацию в реальном времени в единую базу данных Геофизической службы РАН. Мы верим, скоро такие станции появятся в ЯНАО, что повысит уровень изученности Арктики.
