– Анна Николаевна, мы говорим о глобальном открытии или все же уточнении известных науке фактов о вечной мерзлоте Гыдана?
– По большому счету, речь о создании первой «биографии» мерзлых толщ южного Гыдана. До недавнего времени на полуострове не было задокументировано ни одного опорного разреза мерзлых толщ – отсутствовал доступ к керну как основному носителю самой полной геологической информации. Даже на современной Государственной геологической карте стратиграфическая схема неоплейстоцена Гыдана составлена по видимой части покрова, серьезной доказательной базы такие данные не имеют. Наша исследовательская группа, в которую входили коллеги из разных научных институтов России, ставила перед собой цель уточнить последовательность и масштаб геологических событий, произошедших на этой территории сотни тысяч лет назад. Начало этой работе было положено в 2016-м, когда на Гыдане началась промышленная добыча нефти, и на Восточно-Мессояхском месторождении была развернута программа геотехнического мониторинга – контроля за состоянием многолетнемерзлых грунтов. Тогда ученые и получили доступ к керну параметрических мерзлотных скважин. В результате вместе с коллегами из новосибирского Института нефтегазовой геологии и геофизики, тюменского Института криосферы Земли, Московского государственного университета мы установили геологический возраст не только мерзлых толщ, но и всего надсеноманского комплекса до глубины 900 м. Это дает абсолютно новое понимание геологической истории Гыдана.
Вечная мерзлота характеризуется двумя основными признаками: отрицательная температура состояния грунтов и наличие льда. Мощность собственно мерзлой толщи в пределах Восточно-Мессояхского месторождения составляет 250-350 м, под крупными озерами и реками меньше. Мощность криолитозоны – пород с отрицательной температурой – 500-550 м.
– К каким выводам пришли ученые?
– До сих пор в академических кругах поддерживается гипотеза, что в промежутке от 170 до 230 тыс. лет назад территория Гыданского полуострова – а это ни много ни мало 160 тыс. км2 – находилась под мощным ледяным щитом, аналогичным гренландскому. Результаты наших исследований ставят под сомнение теорию покровных оледенений и будут использованы для корректировки представлений о палеогеографии четвертичного периода севера Западной Сибири. Скажем проще: нам удалось доказать, что в центральной и южной части Гыдана покровного оледенения не было вовсе, а был арктический бассейн – огромное холодное море, похожее на Карское – с айсбергами и многолетними плавучими льдами. Только тогда, в период неоплейстоцена, на сегодняшней Мессояхе было еще холоднее – среднегодовая температура была градусов на 5-6 ниже современной. Около 70 тыс. лет назад в результате неотектонических движений море отступило, и произошло глубокое промерзание грунтов.
– А как же быть с теорией о существовании на месте нынешнего Гыдана теплого субтропического моря?
– Субтропики были здесь миллионы лет назад. А мы рассматриваем период позднего неоплейстоцена – это порядка 300 тыс. лет назад от дня сегодняшнего, когда и начала формироваться современная вечная мерзлота.
– Как можно восстановить тысячелетнюю историю по частице керна? Как заставить его «заговорить»?
– Речь тут, конечно, не о «частице», а о внушительных объемах материала для исследований: мы работали с ненарушенным мерзлым керном, взятым с глубины от 100 до 900 м и общим меридиональным профилем около 20 км. Но вообще, вы правы, керн очень «разговорчив», главное найти к нему «подход». У каждого геологического метода есть своя доказательная база и диапазон допущений, поэтому чем больше инструментов и подходов применяется, тем больше вероятность получить истинную картину и не поддаться «фокусам» собственного воображения. Мы применили комплекс методов: от классических – по обнаруженной микрофауне и пыльце растений – до наиболее современного метода абсолютной геохронологии – это когда по дозе радиации, накопленной образцом при захоронении, проводится его оптическое датирование. Совместно с моим коллегой и учителем, профессором Московского университета Виктором Васильевичем Роговым разработали и запатентовали метод реплик для изучения мерзлой породы в естественном ненарушенном состоянии, это позволило проанализировать в том числе такие неустойчивые компоненты как лед, газовые включения и даже бактерии. Такая глубокая и масштабная работа с Гыданским мерзлым керном была проведена впервые в геокриологии. В результате мы получили доказательную геологическую летопись формирования надсеноманского комплекса отложений. Эти данные представляют большой интерес как для ученых – с точки зрения реконструкции геологической истории региона, так и для нефтегазодобывающих компаний – с точки зрения безопасной разработки месторождений и рационального природопользования.
Образец керна Восточно-Мессояхского месторождения / Тонкие пластинки льда в поляризованном цвете, каждое цветное пятно – кристалл
– В чем преимущества исследования микростроения мерзлых пород в растровом электронном микроскопе?
– Как правило, основные лабораторные исследования проводятся с грунтами в нарушенном состоянии. В результате мы получаем усредненные характеристики, нечто «среднее по больнице». Микроскопическое исследование мерзлых грунтов позволяет увидеть их естественное сложение, соотношение льда, минеральных частиц и других включений, которые являются индикатором условий формирования и промерзания. Такой метод дает возможность более точно прогнозировать состояние мерзлоты при изменении среды.
– Как именно недропользователи могут в практических целях использовать полученные данные?
– В первую очередь, знания особенностей многолетнемерзлых грунтов помогают предсказать их поведение при взаимодействии с инженерными сооружениями. Например, по результатам исследований разреза мерзлых толщ специалисты отдела геотехнического мониторинга «Мессояханефтегаза» выполняют прогнозные расчеты по сохранению температуры грунтов на устьях эксплуатационных скважин. Опираясь на эти данные, можно точно определить температуру флюида, вычислить минимальное расстояние между скважинами на кустовой площадке и длину термокейса, защищающего грунты от растепления. Другая особенность вечной мерзлоты Гыдана – наличие газогидратов: при бурении эксплуатационных скважин, еще до вскрытия продуктивного горизонта, довольно часто фиксируются случаи газопроявлений. Это серьезно осложняет разработку нефтегазоконденсатных месторождений. Понимание характера многолетнемерзлых грунтов переводит эту проблему из категории случайной в вероятностную. В чем тут различие: случайность – это когда имеешь дело с полной непредсказуемостью, а вероятность – когда на основе имеющейся информации можешь заранее спрогнозировать вызов и подготовиться к нему: обеспечить на конкретном участке контроль температур бурового раствора в верхней мерзлой части разреза и наличие специального оборудования для глушения скважины. Конечно, те данные, которые мы получили в ходе исследований, должны быть дополнительно осмыслены и донесены до бизнеса. Специалисты отдела геотехнического мониторинга «Мессояхи» системно работают над анализом геокриологической информации, и результаты этой работы могут помочь безопасно эксплуатировать месторождения всего арктического кластера.
– Анна Николаевна, а зачем вообще человечеству изучать вечную мерзлоту?
– Среди глобальных научных проблем, которые решает работа с «ледяными» гипотезами, назову три: происхождение Вселенной, Жизни и Человека. Мерзлота в этом смысле идеальный носитель информации о прошлом планеты. Помимо хорошо сохранившихся мамонтов в 300-тысячелетних толщах удается обнаружить даже жизнеспособные микроорганизмы. Ну и потом, если смотреть на мерзлоту в микроскоп, это так красиво! (смеется). Меня, например, невероятно завораживают аутигенные минералы, которые могут образовывать совершенные кристаллы. Или, например, газонасыщенные кристаллиты – полые футляровидные ледяные «стаканчики», наполненные газом, открытые нами в зонах миграции мерзлоты на Мессояхе. Довольно часто при изучении лунного или марсианского грунтов их сравнивают с земными криогенными – мерзлыми – породами. И аналогии здесь действительно уместны. Если абстрагироваться от масштаба, то на космоснимках планет ближнего космоса на поверхности можно увидеть такую же полигональную решетку, как в арктической тундре.
Группа Мессояхских месторождений включает Восточно-Мессояхский и Западно-Мессояхский участки, расположенные на Гыданском полуострове Ямало-Ненецкого автономного округа. Проект реализуется в условиях ограниченного доступа к транспортной и промышленной инфраструктуре. Лицензии на оба блока принадлежат «Мессояханефтегазу», который паритетно контролируют «Роснефть» и «Газпром нефть» – оператор проекта. Старт эксплуатации Восточно-Мессояхского месторождения в сентябре 2016 г. в режиме телемоста дал президент России Владимир Путин. Совокупный объем добычи на Восточно-Мессояхском месторождении превышает 26 млн т нефти.
– Какие еще прикладные задачи изучения мерзлых горных пород решает направление геотехнического мониторинга?
– Конечно, для нефтедобывающего производства геотехнический мониторинг – это в основном наблюдения за состоянием технической компоненты: как ведут себя грунты под инженерными сооружениями, нет ли рисков деформации и растепления. Дистанционный мониторинг за развитием опасных экзогенных геологических процессов ведется в том числе с помощью ежегодного космического зондирования и съемок с беспилотников. Но для объективной и полной оценки ситуации, точного прогнозирования необходимо знать и состояние мерзлоты в естественных условиях, понимать тенденции изменения температур. Поэтому геотехнический мониторинг промышленных объектов тесно связан с геокриологическими исследованиями. С помощью автоматизированного термометрического оборудования мы проводим системные замеры в глубоких параметрических скважинах. Полученные данные помогают не только «Мессояхе» работать экологично и безопасно, результатами замеров мы делимся с Научным центром изучения Арктики, в рамках нашего соглашения с Правительством ЯНАО. Коллеги, в свою очередь, используют эти данные для составления репрезентативной региональной прогнозной модели состояния мерзлых толщ Ямала.
Автор: А. Иванова
