Булдович С.Н., Ивакилев И.В.

Российский университет дружбы народов

Прогнозная оценка условий формирования среднегодовых температур пород в зависимости от величины снежного покрова на примере Варандейского нефтяного месторождения

В процессе освоения природных ресурсов Русского Севера идёт процесс интенсификации техногенного воздействия на все компоненты региональной геоэкологической обстановки, а геокриологические условия являются в данном районе одним из важнейших региональных факторов. Важно учитывать природные составляющие, от которых зависит формирование геокриологических условий территории, с целью недопущения их изменения.

Варандейское месторождение – это нефтяное месторождение, которое располагается в Ненецком Автономном округе, в Архангельской области. Данное месторождение принадлежит Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции. Основными факторами природной среды, влияющими на формирование температурного поля пород, являются различные теплоизолирующие покровы на поверхности пород. Особенно велика при этом роль снежного покрова, который существенно повышает среднегодовую температуру пород относительно таковой воздуха и дневной поверхности.

В качестве объектов для исследований в пределах зоны Варандейского месторождения были выбраны 2 участка, где имелись скважины:

- Участок 1 (лайда) – расположен на участке массивно-островного распространения сильнольдистых многолетнемёрзлых пород (ММП) с t ºС 0…-2 ºС.

- Участок 2 (перваяI морская терраса) - расположен на участке массивно-островного распространения сильнольдистых ММП с t ºС ниже -2 ºС.

Результаты расчетов характеризуют природную обстановку на обоих выделенных участках.

Разрез отложений на обоих участках практически одинаков – это пески с маломощным прослоем торфа на глубине около метра. Этот прослой в расчетах не учитывается в силу своей маломощности. Следовательно, величины среднегодовых температур многолетнемерзлых пород будут определяться в зависимости от мощности снегового покрова. Была поставлена задача определения высоты снежного покрова в зависимости от величин среднегодовых температур ММП на выделенных участках, а также определения критической величины мощности снега, при которой мерзлые породы переходят в талые. Оценка выполнялась на основе численного (на ЭВМ) решения серии одномерных задач промерзания [2].

Теплофизические свойства пород для указанных типов грунтов на территории берегового перехода принимаются в соответствии с результатами геокриологической характеристики и с учетом литературных данных. Свойства пород, согласно этим характеристикам, на обоих участках принимаются одинаковыми. Исходя из значений весовой влажности =0,21 и объемного веса скелета =1,5 г/см² имеем следующие теплофизические свойства:

теплопроводность пород в талом состоянии =1,38 ккал/(м∙час∙град);

теплопроводность пород в мерзлом состоянии =1,91 ккал/(м∙час∙град);

теплоемкость талых пород =615 ккал/(м³∙град);

теплоемкость мерзлых пород =460 ккал/(м³∙град);

теплота фазовых переходов пород =25200 ккал/м³.

Теплопроводности песков определяются в зависимости от их весовой влажности и объемного веса скелета по таблице № III.6 из работы [ ].Теплоемкости и теплота фазовых переходов рассчитываются по содержанию воды или льда.

Для района Варандея среднюю за зиму плотность можно принять равной =0,26 г/см³, что соответствует теплопроводности снега порядка 0,25 ккал/(м·час·град). При исследованиях снежного покрова надо учесть влияние маломощного напочвенного растительного покрова (мох, лишайник, травяная подушка). Термическое сопротивление растительного покрова можно принять одинаковым в летнее и зимнее время и равным =0,1(м²∙час∙град)/ккал. При этом температурный режим грунтов определяется в основном только ходом температур на дневной поверхности и термическим сопротивлением снежного покрова.

Сумма градусочасов за летний период с положительными температурами составляет 18250, а за зимний период – 66340 град·час, что соответствует среднегодовой температуре воздуха – 5,5⁰С. Длина летнего периода 4 месяца, т.е. =4∙730=2920 час.

Для Участка 1, сложенного ММП со среднегодовой t ºС 0…-2 ºС характерно наличие снежного покрова со средней мощностью порядка 0,3 – 0,35 м. Участок 2, расположенный в зоне распространения ММП со среднегодовыми

t ºС ниже -2 ºС: средняя мощность снега для него составит примерно 0,15 – 0,2 м.

Таблица 1. Отепляющее влияние снежного покрова, среднегодовая температура пород, критическая мощность снега

Участки 1,2	Среднезимняя высота снежного покрова, м						Критическая мощность снега, м
	0,1	0,15	0,2	0,25	0,3	0,35
Отепляющее влияние Среднегодовая Т, град.	1,8 -4,2	2,6 -3,4	3,4 -2,6	4,1 -1,9	4,8 -1,2	5,4 -0,5	0,4

В таблице 1 в виде дроби приведены: отепляющее влияние снежного покрова на среднегодовую температуру пород (в числителе) и среднегодовая температура конкретного типа грунта (в нашем случае это пески), формирующаяся под воздействием отепляющего влияния снега заданной мощности (в знаменателе). Кроме того, в таблице указано расчетное значение критической среднезимней мощности снежного покрова, приводящей к переходу многолетнемерзлых пород в талое состояние.

Таки образом из результатов теоретических оценок отепляющего влияния снежного покрова видно, что в рассматриваемых природных условиях воздействие снежного покрова на температурный режим очень велико. Даже сравнительно маломощный снежный покров существенно повышает температуру пород, что может привести к деградации многолетней мерзлоты в местах устойчивого накопления снежного покрова повышенной мощности. Такое накопление, в конкретных условиях отсутствия кустарниковой растительности, происходит в понижениях рельефа (логах, долинах ручьев, полосах стока, озерных котловинах) за счет активного метелевого переноса. Этот же перенос приводит к сносу снега, вплоть до полного обнажения поверхности пород в зимнее время, на выпуклых формах рельефа (бровки террасы, торфяные бугры, поверхность берегового бара и пр.).

Критическая мощность снегового покрова для обоих участков составит величину порядка 0,4 м. При меньших высотах снега будет развит сезонно-талый слой (СТС); при высоте снежного покрова порядка 0,4 м. возможен как СТС, так и CMC (в зависимости от местоположения участка и его экспозиции); при высоте снега 0,5 м. и выше, любое нарушение поверхности (даже самая небольшая депрессия) будет приводить к просадке пород, процессам термокарста, образованию таликов и деградации вечной мерзлоты.

Литература

1. Балобаев В.Т. Геотермия мерзлой зоны литосферы Азии», Наука, Новосибирск, 1991, стр. 110.

2. Булдович С.Н. Методика аналитической оценки и прогнозирования геокриологических характеристик при двухслойном строении слоя сезонного оттаивания пород. Материалы Третьей конференции геокриологов России. Т.2, часть 3 . Динамическая геокриология. Изд-во МГУ, 2005, с.27-35.