ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2009, том 428, № 5, с. 675-681
= ГЕОГРАФИЯ
УДК 551.345.2:546.027
ИЗОТОПНО-КИСЛОРОДНАЯ И ДЕЙТЕРИЕВАЯ ИНДИКАЦИЯ ГЕНЕЗИСА ПЛАСТОВЫХ ЛЬДОВ И ИХ 14С-ВОЗРАСТ (БОВАНЕНКОВО, ЦЕНТРАЛЬНЫЙ ЯМАЛ)
© 2009 г. Ю. К. Васильчук, А. К. Васильчук, Н. А. Буданцева, Ю. Н. Чижова, В. Папеш, Е. Е. Подборный, Л. Д. Сулержицкий
Представлено академиком Н.С. Касимовым 14.11.2008 г. Поступило 19.01.2009 г.
Цель нашей работы — уточнить условия и время формирования пластовых ледяных залежей в районе Бованенковского газоконденсатного месторождения (ГКМ) на Центральном Ямале и показать, что пластовые льды здесь преимущественно автохтонного типа, сегрегационного (сегрегацион-но-инфильтрационного или даже сегрегационно-конжеляционного) генезиса и формировались сингенетически в процессе промерзания накапливающихся водонасыщенных грунтов.
В криолитологическом плане территория Бованенковского ГКМ уникальна, здесь чрезвычайно широко распространены крупные скопления подземных льдов, залегающих в виде пластов, лакколитов, штоков и линз. К настоящему времени нам удалось проанализировать данные около 3 тыс. скважин глубиной от 10 до 100 м, пробуренных в пределах Бованенковской площади на междуречье Надуйяхи и Нгурияхи, из которых в 260 скважинах вскрыты пластовые льды. Основная масса ледяных залежей приурочена к поздне-плейстоценовым породам прибрежно-морского генезиса, реже — к аллювиальным, склоновым, озерно-болотным осадкам.
Пластовые льды в буровых профилях наиболее часто прослеживаются под останцами третьей и второй террас (с абсолютными отметками от 15— 20 до 40 м), а также в пределах аллювиальной и озерно-аллювиальной поймы [1—6]. Даже под руслом р. Сеяха были отмечены пластовые льды толщиной от 7 до 9 м [1].
Пластовые льды чаще всего имеют форму линз разной толщины, выклинивающихся по прости-
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова ТюменНИИгипрогаз, Тюмень Геологический институт Российской Академии наук, Москва Исследовательский центр в Зайберсдорфе, Австрия
ранию. Бурение сотен скважин, вскрывших лед, показывает (рис. 1), что кровля залежей льда располагается и непосредственно у подошвы сезон-но-талого слоя и на глубинах до 52 м от поверхности земли. Подошва залежей льда встречена на глубинах от 1 до 57 м, на абсолютных отметках ниже —21.5 м она не встречается. Кровля льда более неровная, чем подошва. Параллельность кровли и подошвы льда фиксируется не всегда. Максимальная мощность льда, вскрытая скважинами, составляет 28.5 м, а средняя мощность — около 8 м (по данным измерений 260 пластов). Иногда в разрезе встречаются два или даже три прослоя льда. Протяженность пластовых ледяных тел бывает более 2000 м, а площадь нередко превышает 10 км2.
Текстура встреченных пластовых льдов горизонтально-слоистая (рис. 2а) с толщиной прослоев 5—50 см и более. Слоистость льда в верхней части часто подчеркнута включениями супесей, суглинков, глин в виде слойков толщиной не более 1—10 мм. Лед чистый, прозрачный с редкими пузырьками газов округлой формы (диаметром 2— 5 мм), иногда встречаются слои пузырчатого льда толщиной до 5 см. В некоторых пластах лед исключительно чистый, "хрустальный". Нередко можно встретить слоистый лед с горизонтально ориентированными прослоями грунтов между прослоями льда разной текстуры (рис. 2б). А в ряде фрагментов нами встречены остроугольные небольшие ксенолиты грунта, "плавающие" во льду, который был настолько хорошо раскристал-лизован, что выглядел как единый огромный кристалл. Также встречен ледогрунт, в котором крупные шлиры и линзы льда внедрялись в суглинок с образованием толстошлировой и сетчатой текстуры и который сменяется по простиранию почти чистым льдом. Подобные текстуры льда, скорее всего, свидетельствуют о сегрегационном или инфильтрационно-сегрегационном [7] механизме льдообразования.
675
7*
сл —1
О
И
К К
н о
■С-
Ю
00
СКВ. 13-01-90
20 00 Скв. 11-01-90
19.00
Скв.9-01 -90 .20
В7
ё-2
С кв.15-01-90 13.8
Ш&5
Скв.78Ю
21.8 0
-8 70
Абс.
Скв.79Ю
КЬТСОТЯ СКВ.71Ю СКВ.73Ю ^™;75Ю Гь-В 77Ю
ВЫ(~и1с1, 71 90 77 30 22.20 V, о„ 21.50 Скв.81Ю
Скв.70Ю Скв.72Ю Скв.74Ю Скв.76Ю^и Скв.78Ю Скв.80Ю20.80 Скв 83Ю г,
22.20 22.10 21.80 2140 Скв.82Ю,оПП ( кв.85Ю
М 18
21.30
22.30
12 6 0 -6 -12 -18
19.60 18'°Скв.84Ю
15.80
ЕЗ 7
Е=] *
Скв.87Ю Скв.89Ю Скв.91Ю Скв.93Ю
Сга.86Ю ' Скв.88Ю Скв.90Ю ' Скв.92Ю Скв.94Ю 15-/0 15-20 14.60 14.50 14.10
^-18.50 -18.70 -
Рис. 1. Пластовые ледяные залежи в толще третьей террасы Бованенковского ГКМ, по данным площадного разведочного бурения (по материалам ТюменНИИ-гипрогаз). 1 — песок; 2 — глина; 3 - суглинок; 4 - пластовый лед; 5— супесь; 6 - местоположение и параметры буровых скважин (№ скв., верхние цифры -абс. отметка устья скважины (м), нижние — абс. отметка ее забоя (м)); 7— литологическая и 8 - стратиграфическая границы.
8
2
§
й 13
ю
О' О'
чо
Время формирования пластовых льдов. Датирование исследованных пластовых ледяных залежей требует ответа на два существенных вопроса: когда образовались отложения, вмещающие залежи и когда происходило их промерзание.
Ранее В.И. Соломатин с соавторами привели данные радиотермолюминисцентного датирования 6 образцов грунта из скважин глубиной 300 м в диапазоне от 22 ± 7 тыс. лет (из песчаного горизонта, непосредственно подстилающего пластовые льды) до 197 ± 25 тыс. лет на глубине около 300 м. Судя по РТЛ-датировкам формирование мерзлых пород, подстилающих пластовые льды в разрезе третьей террасы, могло произойти 22— 30 тыс. лет назад [1]. С этими датами уверенно согласуются и полученные нами радиоуглеродные определения растительного материала из вмещающих ледяные пласты отложений в толще третьей террасы (табл. 1).
Несомненно, среди приведенного массива дат имеются удревленные датировки вследствие активного переотложения материала третьей террасы в субаквальной среде. К таковым относятся даты 31 и 34 тыс. лет. Наиболее близки к времени накопления суглинистых отложений третьей террасы датировки 25 и 26 тыс. лет. Это позволяет считать, что суглинки третьей террасы, вмещающие и перекрывающие пластовые залежи, формировались от 25 до 20 тыс. лет назад и несколько позднее. Следует напомнить, что это период завершающего цикла позднеплейстоценового криохро-на [8], когда климатические условия, судя по изотопному составу формировавшихся в это время [9] повторно--жильных льдов, были суровее современных. Зимы были в среднем холоднее современных на 6—8°С [8, 9]. Тот факт, что нам удалось датировать радиоуглеродным методом отложения, вмещающие и перекрывающие пластовые льды, служит иллюстрацией насыщенности органикой этих отложений. Это указывает на то, что вмещающие пластовые льды сильно оторфован-ные суглинки формировались либо в мелководных прибрежных морских условиях, либо в условиях периодически осушавшихся пляжа или низкой лайды, куда органический материал поступал в результате размыва и переотложения и накапливался в периоды осушек и зарастания этих осу-шек. Учитывая, что в настоящее время все осушки такого типа как на пойме и бечевнике рек, так и на пляже и низкой лайде Карского моря и Бай-дарацкой губы находятся в многолетнемерзлом состоянии, есть все основания быть уверенным и в том, что и 25—20 тыс. лет назад в условиях существенно более суровых, чем современные, эти отложения практически сразу после накопления промерзали с формированием пластовых льдов, захватывающих сильноводонасыщенные горизонты (обычно это горизонты песков, подстила-
I ' Ы ■'■■■Л
Ш, З&йШ^ЗШШявШШ шВЯИИИВ
Рис. 2. Слоистая пластовая ледяная залежь (а) и прослои грунта между слоями белого и серого прозрачного (вверху) и прозрачного (внизу) льда (б) в толще третьей террасы Бованенковского ГКМ. Фото Е.Е. Подборного.
ющие вмещающие пластовые льды суглинки). Это дает основание для выделения нового типа пластовых льдов — синкриогенных сегрегационных ледяных залежей, образование которых, скорее всего, также относится к периоду 25—20 тыс. лет назад.
Вариации стабильных изотопов. Изотопно-кислородный состав (518О) образцов, отобранных из пластовых льдов, варьирует от —12.49%о (здесь и далее относительно стандарта 8МО^) до —22.95%. Концентрация дейтерия (5D) колеблется от —91.7 до —177.1%. Дейтерие-вый эксцесс (^ехс) изменяется от 3.4 до 10.6% (табл. 2). В ранее опубликованных работах [1, 2, 10, 11] показано, что 518О в пластовых льдах варьирует от —11.23 до —25.2%. По данным проведенных ранее 142 определений более 60% значений 518О попало в сравнительно узкий диапазон: от -16 до -20% [1].
Значения 518О в белесом пузырчатом льду составляют от -18.4 до -22.4% (среднее —20.4%),
678 ВАСИЛЬЧУК и др.
Таблица 1. Радиоуглеродные определения органического растительного материала из вмещающих ледяные пласты отложений в толще третьей прибрежно-морской террасы р. Сеяха (Мутная), Бованенково
Место отбора Датируемый материал Лаб. номер 14С-возраст, лет
Обнажение р. Сеяха напротив ГП-1, на высоте Торф ГИН- 13311 34200 ± 1000
2.5 м от уреза воды
Обнажение р. Сеяха напротив ГП-1, на высоте То же ГИН- 13312 26100 ± 150
2.0 м от уреза воды
Обнажение р. Сеяха напротив ГП-1, на высоте » ГИН- 13313 31 900 ± 500
2.0 м выше кровли пластового льда
Обнажение рядом с термоабразионным цирком, с глубины 1.1 м выше кровли пластового льда Суглинок сильно отор-фованный ГИН- 13314 28900 ± 1000
Обнажение рядом с термоабразионным цирком, с глубины 10.3 м Суглинок оторфован-ный ГИН- 13326 25600 ± 700
Обнажение рядом с термоабразионным цирком, с глубины 1.3-1.4 м Сильно оторфованный суглинок ГИН- 13327 25100 ± 500
в "хрустальном" льду от —17.4 до -25.4%е (среднее — 22.7%), в ледогрунте —12.5%.
В работе Ф. Майкла [10] приведен изотопный профиль пластового льда мощностью 2.5 м в третьей террасе р. Сеяха, где вариации 518О в 28 образцах, отобранных с интервалом менее 10 см, не превысили 1% и в среднем составили около —18%. Мы также получили весьма однородный изотопный профиль по пластовым льдам, вскрытым на глубине от 28 до 32 м в скважине 34-Р (рис. 3а), где 5180 варьирует от —16.95 до —18.29%, а 5D от —131.7 до —146
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.