CC BY
35
УДК 622.852.2
ЭКЗОГЕННО-КРИОГЕННЫЕ ОПАСНОСТИ: ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ И ЛОКАЛИЗАЦИЯ
О.Д. Трегубое,
Чукотский филиал Северо-Восточного Комплексного научно-исследовательского института Дальневосточного отделения РАН Ул. Ленина, 4, Анадырь, Чукотка, Россия
А.Н. Котов
Приведены результаты мониторинга экзогенно-геокриогенной обстановки по магистральному газопроводу Западно-Озерное месторождение — Анадырь. Этот газопровод явился полигоном освоения углеродных ресурсов территории. Один из главных выводов заключается в том, что рациональное и безопасное освоение ресурсов возможно.
Экзогенно-криогенные процессы априори относят к опасным или неблагоприятным явлениям [1]. В то же время частные проявления экзокриогенеза могут быть также нейтральными в отношении инженерных объектов и природной среды или даже иметь положительный эффект.
Определение степени опасности экзогенно-криогенных процессов требует проведения специальных геоэкологических исследований на стадии предпро-ектных изысканий, а также последующего сопровождения строительства и эксплуатации объектов до полной стабилизации природных условий. Такой подход обладает не только экологической, но и экономической составляющей, так как позволяет избежать лишних и ненужных экономических затрат, а порой и проведения опасных для природной среды мероприятий.
Магистральный газопровод расположен в южной части Анадырской низменности, которая представляет собой слаборасчлененную увалистую равнину с озерно-болотными котловинами и увалами высотой 35-65 м, реже — 100-220 м. Мощность мерзлой толщи изменяется от 100 м в понижениях рельефа до 150-200 м на высоких увалах.
Мерзлые грунты отличаются высокой льдистостью, которая достигает 50-80% верхнего 50-метрового слоя грунтов [2]. Глубина сезонной оттайки грунтов зависит от степени увлажнения, экспозиции и обычно изменяется в пределах
0,35-1,2 м.
Температура многолетнемерзлых пород колеблется от - 2,0 до - 3,5 °С. В естественных условиях на описываемой площади проявления термокарста, термоэрозии, многолетнего мерзлотного пучения, солифлюкции достаточно обычны, но имеют распространение в строго определенных условиях или приурочены к конкретным урочищам. Это термокарстовые озера и соединяющие их зигзагообразные протоки, образованные при вытаивании повторно-жильных льдов. Термоэрозионные овраги, в бортах которых обнажаются мощные тела подземных льдов (до 2 м) и поля бугров многолетнего мерзлотного пучения высотой 1-1,5 м.
Трегубое ОД., Котов А.н] Экзогенно-криогенные опасности
125
На основании предварительных исследований разработчикам проекта газопровода было предложено несколько вариантов трассы в обход опасных участков. Несмотря на то, что часть рекомендаций была принята к сведению и газопровод «удлинился» на 15 км (20 км по данным авторов), избежать отдельных опасных по экзокриогенезу мест в силу экономических причин не удалось.
Газопровод был проложен в зимний период 2001-2002 гг. Диаметр трубопровода — 23 см, проектная глубина заложения — 1,35 м. Ширина траншеи, по данным наблюдений в ходе проходки, составляла в среднем 1,4-1,8 м, глубина 1,8-2,2 м. Более половины трассы газопровода (60%) приходится на сглаженные заболоченные котловины, около трети трассы — на пологосклонные с уплощенными вершинами увалы, и около 20 км трассы — на склоны высоких увалов и подножье г. Дионисия (абс. отм. 577,1 м).
В ходе строительных работ было допущено нарушение проектных требований. На протяжении 36 км трассы в теплый период года бульдозером производилась засыпка (завал) траншеи грунтом с бортов, что привело к полному уничтожению почвенно-растительного покрова в полосе шириной 3-5 м. Впоследствии это явилось одной из главных причин развития площадного термокарста, который визуально четко фиксировался превышением одного борта над другим на 0,3-0,5 м.
Пик активности экзогеннокриогенных процессов по траншее газопровода приходится на 2003 г. (рис. 1). В результате вы-таивания в траншее и ее бортах древних подземных льдов мощностью от 1,5 до 3 м образовались глубокие рвы, а трубопровод повис в воздухе.
Всего было выявлено 13 аварийно-опасных участков протя- Рис. 1. Термоэрозионно-термокарстовый овраг
женностью от 50 до 250 м, а в по траншее газопровода, 2003 г.
целом от термокарста и термоэрозии существенно пострадало
около 7% трассы газопровода. Большая часть нарушений приходится на пологие склоны невысоких плосковершинных увалов, треть из которых была отнесена к опасным еще до начала строительства. Процесс деструкции подземных льдов и мерзлых грунтов супесчано-суглинистого состава имел смешанную природу, при преобладании «глубинного» термокарста над термоэрозией. Образование оврагов вне траншеи было проявлено локально, в виде отвершков длиной 3-5 м. Следует отметить, что одной из причин резкой активности вытаивания древних повторно-жильных льдов, захороненных на глубине 0,6-1,2 м, было то, что траншея в нарушение проекта перелетовала в 2002 г. без грунта засыпки на большем своем протяжении.
Иначе ситуация складывалась на участках трассы газопровода, пересекающей озерно-болотные котловины. Ввиду труднопроходимое™ инженерная техника здесь в летний период года не использовалась, что обеспечило сохранность почвенно-растительного покрова бортов траншеи. Зона проникновения термокарста
ограничивалась глубиной траншеи. В результате сложившихся условий происходило медленное, практически без разрывов оплывание бортов, которые «закрывали» уже засыпанную траншею. Параллельно шло активное задернение грунтов засыпки траншеи и ее бортов — вначале крестовником и редкими
злаками, затем осоками и пушицами (рис. 2). Авторами работы были даны рекомендации полностью исключить любые работы на таких участках, общая протяженность которых составила почти 50 км трассы. Прогноз оправдался: уже в 2005 г. местонахождение траншеи здесь определялась только по микрорельефу и различиям в растительном покрове.
На участках распространения склоновых и озерно-аллювиальных отложений термокарст и термоэрозия проявились локально. Уже в 2003 г. тут началось активное естественное залужение траншеи разнотравьем. В траншее в результате усадки грунта засыпки и оттайки льдистых грунтов образовалась канава глубиной 0,2-0,4 м и шириной 2-3 м. В местах пересечения полос стока по траншее образовались промоины, протяженностью несколько метров. В подобных условиях было выявлено два опасных участка, где трубопровод обнажался или залегал на глубине 0,15-0,3 м.
Были даны рекомендации произвести засыпку траншеи привозным грунтом с последующим нивелированием рельефа и организацией системы водопропусков. Канава была засыпана крупно-щебнистым с суглинистым наполнителем грунтом, рельеф нивелирован лишь местами, водопропуски не созданы.
На 2004-2005 гг. приходится завершение строительства и начало эксплуатации газопровода. По результатам обследования термоэрозионные и термокарстовые нарушения были рекультивированы, по большей части трассы газопровода отсыпан профиль из крупнообломочных грунтов. Из-за трудностей технического характера термокарстовые просадки сохранились на площадках крановых узлов, три из которых расположены по трассе газопровода. Несмотря на то, что биологическая рекультивация не проводилась, отмечается достаточно интенсивное залужение траншеи и ее бортов (рис. 3). Исключение составляют участки отсыпки, лишенные мелкозема, и полосы, где почвенно-растительный покров был уничтожен инженерной техникой в 2002-2003 гг.
Однако считать ситуацию стабильной было бы преждевременно. В результате формирования грунтовой насыпи и перехвата поверхностного стока местами началось подтопление территории. Надмерзлотный дренаж был затруднен в связи с «подъемом» мерзлоты вдоль насыпи, высота которой достигала 1-1,2 м.
В результате изменения условий вверх по склонам от новообразованной «плотины» начался активный термокарст и термоэрозия по современным повторно-жильным льдам.
Рис. 2. Участок траншеи газопровода в низинной тундре после рекультивации, 2004 г.
Трегубое ОД,
Котов А.Н.
Экзогенно-криогенные опасности ... 127
На 85-86,5 км трассы газопровода пораженная термокарстом площадь составила 97 га, а с учетом распространенности подобной геоморфологической обстановки предполагается 1650 га площади.
Другая обстановка сложилась в бортах и непосредственно в траншее газопровода. По результатам нивелирования поперечных и продольных профилей, разбитым еще в 2003 г., наблюдались крайне неравномерные вертикальные сезонные и многолетние движения поверхности. Особенно контрастная картина отмечалась на участках опасных по мерзлотному пучению. В 2004 г. амплитуда сезонного пучения в траншее и ее бортах достигала 12-48 см. Данная величина однозначно указала на образование в траншее подземных льдов. При этом важно отметить, что на соседних участках в удалении 50-100 м подъем поверхности не отмечен, а в летний период наблюдалась просадка бортов траншеи на 10-15 см. Оценочные расчеты сил воздействия пучения на трубопровод с учетом прочностных характеристик металла трубы и сварочных швов показали, что они лишь на порядок отличаются по величине сопротивления разрыву. Наблюдения продолжены на двух участках трассы газопровода общей протяженностью 1200 м. Были даны рекомендации расширить сеть наблюдений, произвести геофизическое обследование траншеи и технический контроль трубопровода.
В 2005-2006 гг. внимание было сосредоточено на контроле мерзлотного пучения и площадного термокарста. Какие-либо существенные рекультивацион-ные мероприятия не проводились. В ходе полевых наблюдений на значительном протяжении газопровода в борту траншеи с нарушенным почвенно-растительным покровом наблюдались трещины усадки, трубопровод с помощью металлоискателя и щупа определялся на глубине 0,3-0,4 м.
По данным нивелирования в 2006 г. на 81,5 км трассы величина подъема поверхности в траншее газопровода достигла 96 см, причем на сезонное пучение и льдообразование приходится не более 40 см. Одной из причин столь интенсивной активизации пучения и образования льдов, по нашему мнению, стало резкое понижение температуры подаваемого газа до - 10 °С по сравнению с - 7 °С проектной величины, которая и так являлась предельной.
В результате интенсивного выпучивания и площадного термокарста на многих участках в отсутствии отсыпки трубопровод оказался практически на поверхности. Положение трубопровода в подобной ситуации под отсыпкой нам неизвестно.
Л'1? ' I1'"'
Рис. 3. Активное залужение траншеи газопровода, 2005 г.
На примере подземного газопровода показано, что природная среда посредством экзогенно-криогенных процессов «пыталась» не столько отторгнуть инородный для нее подземный трубопровод, но встроить его в общую схему теплообмена ландшафта, что ей и удается на протяжении 70% трассы. Вместе с тем, существенная часть рекультивационных мероприятий если не противоречила направленности благоприятных сил природы, то превышала необходимость по объему или содержанию.
ЛИТЕРАТУРА
1. Теория и методология экологической геологии / Под ред. В.Т. Трофимова. — М.: Изд-во МГУ, 1997.
2. котов А.Н., Трегубое О.Д. Опасность экзогенно-геокриологических процессов при освоении Западно-Озерного газового месторождения // Геоэкологические исследования Анадырской низменности и ее обрамления. — Магадан: ЧФСВКНИИ ДВО РАН, 2003. — С. 108-123.
3. Пучков Л.А., Воробьёв А.Е. Человек и биосфера: вхождение в техносферу: Учебник для вузов. — М.: МГТУ, 2000.
EXOGENOUS CRYOGENIC DANGERS: PREACT AND LOCALIZATION
O.D. Tregubov, 1A.N. Kotov
Chukchi branch Northeast Complex research institute of Far East branch of the RAS Lenin's st, 4, Anadyr, Chukotka, Russia
It is necessary to predict, advance and control the processes, and consider them not entirely dangerous but capable to simplify the engineering problem and consequences of their solution. The results of the monitoring of exogenous cryogenic conditions of the gas-main pipeline “Za-padno-Ozernoye gas field — Anadyr City are presented in the publishing. This pipeline is the testing area in hydrocarbon resources development of Chukotka. One of the main conclusion of the report is that resources conservation is possible.
Трегубое Олег Дмитриевич, заведующий лабораторией региональной геоэкологии и геокриологии Чукотского филиала Северо-Восточного Комплексного научно-исследовательского института Дальневосточного отделения РАН, кандидат геолого-минералогических наук, автор более 50 печатных работ, посвященных вопросам геоэкологии недропользования и охраны природной среды Чукотки.
, ведущий научный сотрудник лаборатории лабораторией региональной геоэкологии и геокриологии Чукотского филиала Северо-Восточного Комплексного научно-исследовательского института Дальневосточного отделения РАН, кандидат геолого-минералогических наук, автор 98 печатных работ, посвященных изучению подземных льдов криолитозоны, палеоклиматологии, экзогенно-криогенным процессам.
Котов Анатолий Николаевич
