ИСТИНА

Transformation of Frozen Soils during the Dissociation of Gas Hydrates Alexander Khimenkov1, Dmitry Sergeev1, Alexander Vlasov2, Dmitry Volkov-Bogorodsky2 1Laboratory of geocryology, Institute of Environmental Geosciences RAS, Moscow, Russia, a_khimenkov@mail.ru 2Institute of Applied Mechanics RAS, Moscow, Russia The main reason for the appearance of gas emission craters, found in the territory of the North of Western Siberia, is the dissociation of gas hydrates in the frozen soils. The authors' position is that the onset of dissociation is associated with a local increase in temperature under the surface water body. There are four stages of gas emission craters development. I stage. Formation of the lake above frozen soils. A zone of high temperature, compared with the surrounding soils, is formed under the lake. II stage. Zone of temperature increase in permafrost, reaches a layer of gas hydrates. The process of gas hydrates dissociation begins with the gas and supercooled water release. The decomposition of a metastable gas hydrate causes an increase in the pore pressure, which is much higher than the hydrostatic pressure. Gas-water fluids under the influence of pressure begin to migrate to the least solid area, which is the zone of high temperature under the lake and to saturate the primary ice-soil substrate with gas. III stage. Due to saturation with gas-water fluids, a rod consisting of gas-saturated ice with numerous traces of ice and soil flow, plastic and explosive deformations is formed under the frozen screen. The increase in pressure in the fluid migration zone leads to the mound development on the thermokarst lake site. As the lake is draining and passing from the subaquatic state to the subaerial, the temperature of the upper layer of the soil decreases. This forms a frozen screen, which is an obstacle to the movement of fluids coming from below. IV stage. As plastic deformations in the frozen table reach their limit, fragile deformation fractures occur in it. The gas, which is under pressure and penetrates the rod of deformed ice all the way from the gas hydrate layer to the table, bursts out together with the ground and ice. As a result, a dry crater of the gas emission is formed. Depending on the ratio of various factors, scenarios for the development of the gas emission craters and, accordingly, their morphology, may differ. With a slight and short-term rise in temperature, the gas hydrates dissociation can quickly end as a result of self-preservation. With sufficient depth and width of the lake, the gas released during dissociation may not accumulate under the frozen screen, but be released directly into the lake. Depending on the rate of pressure growth, gas emissions can occur both: without and with the formation of the mounds of various sizes and morphologies. In those cases when the pressure release occurs gradually, the formed gas-saturated ice-ground stock remains in the permafrost. The proposed hypothesis is based on observations of the geological structure of the Yamal crater and other gas emission craters. The report was prepared with the financial support of the Russian Foundation for Basic Research (Project 17-05-00294). ПРЕОБРАЗОВАНИЕ МНОГОЛЕТНЕМЁРЗЛЫХ ПОРОД ПРИ ДИССОЦИАЦИИ ГАЗОГИДРАТОВ 1Хименков А.Н., 1Сергеев Д.О., 2Власов А.Н., 2Волков-Богородский Д.Б 1Институт геоэкологии РАН, 2Институт прикладной механики РАН Основной причиной возникновения воронок газового выброса, обнаруженных на территории Севера Западной Сибири, является диссоциация газовых гидратов, залегающих в толще многолетнемёрзлых пород. Позиция авторов заключается в том, что начало диссоциации связано с локальным повышением температуры под поверхностным водоёмом. Выделено 4 стадии развития воронок газового выброса. I стадия. Формирование озера над многолетнемёрзлыми породами. Под озером формируется зона повышенной, по сравнению с окружающими породами, температурой. II стадия. Зона повышения температуры в многолетнемёрзлых породах, достигает слоя газогидратов. Начинается процесс диссоциации газогидратов с выделением газа и переохлаждённой воды. Разложение метастабильного газового гидрата вызывает рост порового давления, которое значительно превышает гидростатическое. Газововодяные флюиды под воздействием давления начинают мигрировать в наименее прочную область, каковой является зона повышенной температуры под озером и насыщать первичный ледогрунтовый субстрат газом. III стадия. За счёт насыщения газоводяными флюидами, под мёрзлым экраном формируется шток, состоящий из газонасыщенного льда, с многочисленными следами течения льда, грунта, пластическими и разрывными деформациями. Рост давления в зоне миграции флюидов, приводит к развитию бугра пучения на месте термокарстового озера. По мере обмеления водоема и переходе из субаквального состояния в субаэральное, понижается температура верхнего слоя грунта. При этом формируется мёрзлый экран, который является преградой для движения флюидов, поступающих снизу. IV стадия. По мере того, как пластические деформации в мерзлой кровле, достигнут своего предела, в ней наступают хрупкие деформации разрушения. Газ, находящийся под давлением и пронизывающий шток деформированного льда на всю высоту от газогидратного слоя до кровли, вырывается наружу вместе с грунтом и льдом. В результате формируется сухой кратер газового выброса. В зависимости от соотношения различных факторов сценарии развития воронок газового выброса и, соответственно, их морфология, могут различаться. При незначительном и кратковременном повышении температуры, диссоциация газогидратов может быстро закончиться в результате самоконсервации. При достаточной глубине и ширине озера газ, выделившийся при диссоциации, может не накапливаться, под мёрзлым экраном, а выделяться непосредственно в водоём. В зависимости от темпов роста давления газовые выбросы могут происходить как без образования бугров пучения, так и предваряться формированием многолетних бугров пучения различных размеров и морфологии. В тех случаях, когда сброс давления происходит постепенно, сформировавшийся газонасыщенный ледогрунтовый шток сохраняется в многолетнемёрзлых породах. Предложенная гипотеза базируется на наблюдениях геологического строения Ямальского кратера и других воронок газового выброса. Доклад подготовлен при финансовой поддержке РФФИ (проект 17-05-00294).