Инженерно-геокриологические исследования на Крузенштернском месторождении Карского Моря (Шарапов Шар, п-ов Ямал, 2010)

При изучении районов  со сплошным и островным распространением многолетнемерзлых пород применение недорогих и достаточно производительных электроразведочных методов в комплексе с инженерно-геологическим бурением существенно повышает эффективность инженерно-геокриологических исследований. Особенно это важно для труднодоступных районов шельфа Карского моря, где развитие топливно-энергетического комплекса России связано с освоением новых нефтегазовых месторождений. 

        Крузенштернское газоконденсатное месторождение на полуострове Ямал относится к числу наиболее крупных и перспективных месторождений углеводородов в Западной Сибири. Расположен он в западной, прибрежной, части полуострова Ямал, на стыке арктической тундры и мелководной части шельфа Карского моря (рис. 1).

        Вдоль восточного берега Крузенштернского месторождения за песчаным пляжем расположена обрывистая морская терраса высотой 4-15м., верхняя маломощная часть которой (0,3-1,0м) сложена преимущественно песчаными отложениями, а нижняя мощная и относительно однородная часть сложена в основном чистыми льдами и мерзлыми грунтами (рис. 2).

        В мелководных районах Карского моря широко развиты грунты, содержащие в своем составе свободный газ. Зоны газонасыщения  расположены в диапазоне глубин от берегового уреза до изобат 70-100м. Наличие в составе донных грунтов свободного газа выражено на временных разрезах сейсмоакустического профилирования в виде зон ухудшения или потери сейсмической корреляции, аномалий типа «яркое пятно» и различных акустических неоднородностей. При бурении инженерно-геологических скважин о наличии в грунтах газа свидетельствуют выбросы газо-водяной смеси, набухание керна  при извлечении его из грунтоносов. В границах области распространения газонасыщенных  осадков мелководных районов шельфа Карского моря рядом скважин были вскрыты многолетнемерзлые породы. Географическое совпадение зон развития многолетнемерзлых пород и газонасыщенных осадков позволяет допускать парагенетическую связь между этими двумя явлениями. Предполагается, что насыщение отложений верхней части разреза свободным газом произошло в результате таяния мерзлых толщ в ходе трансгрессии современного бассейна.

        Территория полуострова Ямал характеризуется суровыми природно-климатическими условиями, сложной  геокриологической обстановкой и требует применение адекватных этим условиям научно-технических  решений  для   инженерно-геокриологических исследований западного побережья Ямала и прибрежно-мелководной зоны шельфа Карского моря.

        Применение в районах распространения многолетнемерзлых пород традиционной электроразведки постоянным током затруднено из-за плохих условий заземления и наличия экранов в приповерхностных слоях. Технология непрерывного сейсмоакустического профилирования малоинформативна  из-за газонасышенных грунтов.

        Для дистанционного изучения инженерно-геокриологических условий рекомендуется применение методики переменных электромагнитных полей – создание первичного искусственного электромагнитного поля в среде – измерение вторичного переменного электромагнитного поля, несущего информацию о среде. Переменное электромагнитное поле не затухает в изоляторах (мерзлые грунты) и для его возбуждения и регистрации не нужно обеспечивать контакт с изучаемой поверхностью.

 Комплексное инженерно-геокриологические исследование на Крузенштернском месторождении   Карского моря (залив Шарапов Шар) проводились в летне-осенний период 2010 года.

        1. Частотное зондирование – ЧЗ –  инженерно-геологическое расчленение верхней части разреза до глубин  0-16 м  проведено по данным  ЧЗ и  инженерно-геологического бурения  (рис.3 ).

        2. Зондирования становлением поля в ближней зоне – ЗСБ - усредняет верхнюю часть разреза, но обладает достаточной глубинностью исследования. При обработке и интерпретации данных метода ЗСБ  выделяются несколько типов кривых (рис.4) которые однозначно свидетельствуют как о районах с присутствием ММП ( черная, красная кривые – где существует восходящая ветвь кривой на изолятор), так и о районах с «талым» типом разреза (малиновая кривая). Вместе с тем, отмечаются области, где проводимость с глубиной резко возрастает (зеленая кривая). В данных местах, возможно, широко развиты сильноминерализованные воды.

        Данные метода ЗСБ позволили   картировать верхнюю границу   ММП  на акватории Крузенштернского месторождения Карского моря (залив Шарапов Шар) и выявить участки сильноминерализованных  вод (рис.5, 6). 

        3. Магнитотеллурическое зондирование – МТЗ - основан на изучении естественного переменного электромагнитного поля, имеет большую глубинность (рис. 7).

        4. Инженерно-геологическое бурение до глубины40 мс отбором керна для уточнения геологического строения верхней части разреза. Наличие ММП (рис.6) и криопэгов (рис.5) в разрезе подтверждено сорокаметровыми инженерно-геологическими скважинами (скв. 6, скв.75)

        По результатам интерпретации геофизических данных верхней части геоэлектрического разреза и данных инженерно-геологического бурения построена карта мощностей слоя супесей и песков в интервале глубин 1-15м. (рис. 8). Характерно, что максимальное развитие супесчанисто-песчанистой толщи по геофизическим данным отмечается в южной и северной частях площади работ.

        По результатам интерпретации геофизических данных для нижней части геоэлектрического разреза построена карта развития многолетнемерзлых пород на Крузенштернском месторождении Карского моря. Карта построена только по данным электромагнитных зондирований. Поскольку контраст удельных электрических сопротивлений при переходе пород из талого в мерзлое состояние очень велик, то картирование УЭС в данной модели позволяет оконтурить развитие ММП и таликов на участке работ (рис.9).

         Обращает на себя внимание тот факт, что карты мощностей супесчанисто-песчанистого слоя и развития ММП похожи. В центральной части площади наибольшее развитие глин и наиболее «мерзлый» разрез. На северной и южной частях участка сильно развиты линзы песков и супесей, в которых располагаются сильноминерализованные воды.

         По данным МТЗ картирована нижняя граница  ММП на глубинах 100-180 м. Толща ММП имеет неоднородное строение. Верхняя часть до40 мболее высокоомная – и, вероятно, более льдистая (выходы пластового льда в этих местах наблюдались при производстве работ), а нижняя часть менее высокоомна, вероятно, менее льдистая. Верхняя часть криолитозоны, мощностью около 180м, находится в мерзлом состоянии, ниже границы ММП имеют место аномалия низкого сопротивления. Их природа, по всей видимости, связана охлажденными сильноминерализованными водами(криопэги) .

         Криопэги распространены в мерзлом и талом горизонтах криолитозоны. Минерализация криопэгов превышает минерализацию морской воды в несколько раз. Присутствие линз криопэгов в области распространения ММП оказывает влияние на температурный режим отложений, снижает несущую способность, деформационно-прочностные характеристики. Высокая минерализация является причиной повышения коррозионной активности грунтов.

         В настоящей работе впервые предложена и опробована в условиях мелководного шельфа Карского моря технология непрерывных электромагнитных зондирований в комплексе инженерно-геологическим бурением для решения инженерно-геокриологических задач на Крузенштернском месторождении(морская часть).

         В результате впервые картирована кровля ММП на акватории Крузенштернского месторождения Карского моря методом ЗСБ, и подошва ММП в транзитной зоне (суша-море) методом МТЗ и оконтурены линзы криопэгов в толще ММП.