Аннотация: Статья посвящена рассмотрению поверхностных и глубинных факторов, запускающих механизмы подготовку взрывных процессов, формирующих воронки газового выброса. Объектом исследования являются локальные зоны газонасыщенных пород с аномально высоким давлением газа и воронки газового выброса. Основным методом, используемым в данной статье, является анализ результатов предыдущих исследований авторов и материалов других научных публикаций по данной теме. Синтез анализируемых материалов осуществлялся на базе геосистемного подхода. В статье отмечается ведущую роль теплового фактора в качестве первопричины взрывных процессов в мёрзлых породах. Выявлена роль поверхностных, геологических и тектонических условий определяющих различные сценарии подготовки взрывов. В предлагаемой работе впервые был проведён сравнительный анализ основных гипотез формирования в мёрзлых породах газонасыщенных зон с повышенным давлением газа: 1) за счёт всестороннего промерзания таликов (полностью зависящая от поверхностных условий; 2) за счёт поступления тёплого газа из нижележащих пород в поверхностные слои (зависящая от глубинных источников); 3) за счёт разложения газогидратов, содержащихся в толще мёрзлых пород (причины могут быть, как поверхностные, так и глубинные); 4) за счёт совместного взаимодействия промерзающего талика и связанного с ним канала поступления глубинного газа. Выявлены возможности реализации тех или иных гипотез в реальных условиях. Актуальность темы обусловлена переоценкой роли мёрзлых пород, в качестве экрана, предохраняющего атмосферу от попадания парниковых газов из литосферы. Появились данные о том, что при повышении температуры эта роль криолитозоны значительно ослабевает, при этом сами мёрзлые породы могут быть источником выделения газа.

Abstract: The article is devoted to the consideration of surface and deep factors that trigger the mechanisms for the preparation of explosive processes that form gas emission craters. The study object is local zones of gas-saturated soils with abnormally high gas pressure and gas craters. The main method used in this article is the bibliography review. The synthesis of the analyzed materials was carried out based on the geosystem approach. In the proposed work, an analysis was made of the main hypotheses of the formation of gas-saturated zones with increased gas pressure in frozen soils: 1) due to the comprehensive freezing of taliks (completely dependent on surface conditions; 2) due to the inflow of warm gas from underlying rocks into the surface layers (depending on deep sources); 3) due to the decomposition of gas hydrates contained in the permafrost (the reasons can be both surface and deep); 4) due to the joint interaction of the freezing talik and the associated deep gas inflow channel. Possibilities of realization of these or those hypotheses in real conditions are revealed. The relevance of the topic is due to the reassessment of the role of frozen soils as a screen that protects the atmosphere from the emission of greenhouse gases from the lithosphere. Evidence has appeared that this role of the cryolithozone is significantly weakened with an increase in temperature, while the frozen soils themselves can be a source of gas release.

Аннотация: Предметом исследования являются мёрзлые породы, слагающие воронки газового выброса на севере Западной Сибири. Объектом исследования является криогенный фактор, обуславливающий формирование воронок газового выброса. Авторы указывают и обосновывают тезис, что воронки газового выброса являются криогенным феноменом и процессы подготавливающие взрыв не могут быть правильно осмыслены без учёта этих особенностей. Тепловые потоки, преобразования среды под действием давлений, фильтрация газа и другие процессы реализуются в мёрзлых породах, и проявляются в их структурных изменениях. Анализ материалов исследования воронок газового выброса, обнаруженных на севере Западной Сибири, позволил сделать обоснованный вывод, что поверхностные условия могут оказывать значительное влияние на формирование воронок газового выброса. Приводятся материалы, показывающие, что причиной возникновения высоких давлений в мёрзлой толще может являться разложение газогидратов. В статье особое внимание уделено рассмотрению гипотезы формирования воронок газового выброса за счёт локального прогрева и подачи газа с глубины. Показаны необходимые условия для этого. Приведены примеры использования геофизических методов для выделения газоподводящих каналов. В результате проведённого исследования делается вывод о том, что воронки газового выброса являются результатом саморазвития флюидодинамических геосистем, представляющих из себя локальные, ледогрунтовые газонасыщенные образовании, находящиеся в неравновесном термодинамическом состоянии по отношению к вмещающим многолетнемёрзлым породам. Развитие выделенных геосистем определяется парагенетическими связями между процессами фильтрации газа и деформаций газонасыщенного ледогрунтового материала (от вязкопластического движения до хрупкого разрушения). Особым вкладом авторов в исследование темы является рассмотрение поверхностных и глубинных механизмов возникновения неравновесных условий запускающих механизм подготовки взрыва. Новизна исследования заключается в разработке методики выявления процессов, обуславливающих выброс подземного газа, на основе анализа криогенных образований слагающих стенки воронок газового выброса.

Abstract: The subject of this research is frozen rocks that compose gas emission funnels in the north of Western Siberia. The object of this research is the cryogenic factor that causes the formation of gas emission funnels. The authors substantiate the thesis that gas emission funnels are cryogenic phenomenon, and the processes preparing the explosion cannot be accurately interpreted without taking these features into account. The analysis of research materials on gas emission funnels, discovered in the north of Western Siberia, allows concluding that surface conditions may have a significant impact upon the formation of gas emission funnels. Special attention is given to consideration of the hypothesis of formation of gas emission funnels due to local heat penetration and gas supply from the depth. The necessary conditions are described. The article provides the examples of using geophysical methods for detecting of gas supply channels. It is concluded that gas emission funnels are the result of self-development of fluid-dynamic geosystems, which represent local, ice subsurface gas-saturated formations that are in a inequilibrium thermodynamic state with respect to the enclosing permafrost formations. The authors' special contribution consists in examination of the external and hidden mechanisms of the emergence of inequilibrium conditions od the mechanism that launches an explosion. The novelty of this research lies in the development of technique for determining the processes that cause the emission of underground gas, based on the analysis of cryogenic formations, which compose the walls of gas emission funnels.

Аннотация: Предметом исследования является криогенные образования, обнаруженные в воронках газового выброса, выявленные на севере западной Сибири. Объектом исследования являются криогенные процессы подготавливающие взрыв, формирующий воронку газового выброса. В основу изучения криогенных структур, слагающих стенки воронок газового выброса, положен структурно генетический анализ, позволяющий выявить как особенности первичного криогенного строения мёрзлой породы, так и изменённые в результате динамометаморфизма криогенные текстуры. Авторы подробно рассматривают такие аспекты темы как общая направленность пластических и разрывных деформаций под воздействием высоких давлений. Анализируется роль фильтрации внутригрунтового газа в трансформации первичного криогенного строения. Особое внимание уделяется закономерностям возникновения и развития локальной геодинамической системы обуславливающей в конечном итоге формирование воронки газового выброса. Новизна исследования заключается в выявлении парагенетических связей между процессами фильтрации газа и деформаций газонасыщенного ледогрунтового материала (от вязкопластического движения до хрупкого разрушения). Основными выводами проведённого исследования являются : в результате внешних воздействий (повышение температуры или давления) изменяются термодинамические условия, которые приводят к многостадийной структурной трансформации первичного криогенного строения мёрзлой толщи. Формируется серия пластических и разрывных деформаций, по которым осуществляется интенсивный тепломассоперенос, перераспределяющий вещество в жидком, твёрдом и газообразном состоянии. В мёрзлых породах наиболее деформируемым компонентом является лёд, поэтому наибольшую информацию о процессах, предшествующих формированию воронок газового выброса, можно получить при изучении морфологии криогенных образований наблюдаемых в стенках образовавшихся кратеров, а также в нерастаявших обломках мёрзлых пород, выброшенных на поверхность. Особым вкладом авторов в исследование темы является изучение полного, законченного жизненного цикла развития выделенных геосистем, от начальной стадии - формирования условий для разложения газогидратов, до конечной стадии – взрыва и выброса ледогрунтового материала.

Abstract: The subject of this research is the cryogenic formations found in gas emission funnels in the north of Western Siberia. The object of this research is cryogenic processes that prepare the explosion, which forms a gas emission funnel. The study of cryogenic structures that shape the walls of gas emission funnels is based on the structural-genetic analysis, which reveals the peculiarities of the initial cryogenic structure of frozen rock, as well as the cryogenic textures modified as a result of dynamic metamorphism. The authors examine such aspects of the topic as the general orientation of plastic and explosive deformations under the influence of high pressure. Analysis is conducted on the role of intra-ground gas filtration in transformation of the initial cryogenic structure. Special attention is given to the patterns of emergence and development of the local geodynamic system that ultimately substantiates the formation of gas emission funnel. The novelty of this research consists in the establishment of paragenetic relations between the processes of gas filtration and deformations of gas-saturated ice surface material (from viscoplastic motion to brittle fracture). The main conclusions are as follows: such external influences as increase in the temperature or pressure change thermodynamic conditions, which lead to multi-phase structural transformation of the initial cryogenic structure of the cryolithic zone; a series of plastic and explosive deformations instigates the intense heat and mass transfer, redistributing the substance in the liquid, solid and gaseous state; in frozen rocks, ice is the most deformable component, thus, most information on the processes preceding the formation of gas funnels can be acquired by studying the morphology of cryogenic formations observed in the walls of the funnels, as well as in the unthawed fragments of frozen rocks thrown to the surface. The authors’ special contribution lies in examination of the complete lifecycle of the development of selected geosystems, from the initial stage –  formation of conditions for decomposition of the gas hydrates, to the final stage – explosion and emission of ice surface material.

Аннотация: Объектом исследования являются геосистемы газонасыщенных многолетнемёрзлых пород. В настоящее время теоретическая база изучения газовой составляющей в многолетнемёрзлых породах практически не разработана. В тоже время, теоретическая и практическая значимость данной проблемы в последние годы резко возросла. Это связано с выбросами газа при бурении скважин в мёрзлых породах, выявление значительной эмиссии парниковых газов в Арктике, обнаружение ранее неизвестных процессов в криолитозоне - образования воронок за счёт газового выброса. Основным методом, используемым в данной публикации, является анализ материалов исследований. Синтез полученных результатов осуществлялся на базе геосистемного подхода. В предлагаемой публикации впервые показано, что газонасыщенные зоны в сезонно- и многолетнемёрзлых породах имеют все признаки геосистем: локализацию в пространстве, границы, морфологию, индивидуальное строение и свойства, историю развития, жизненный цикл, иерархию. Выделено 5 типов данных геосистем: деятельного слоя; генетического типа; приуроченных к геологическим структурам; вторичных, связанных с разложением газогидратов в естественных условиях; техногенных (за счёт теплового или механического воздействия на гидратонасыщенные и газонасыщенные мерзлые породы). Предложены перспективные направления в изучении газонасыщенных геосистем криолитозоны и наиболее перспективные методы исследования.

Abstract: The object of this study is the geosystems of gas-saturated permafrost. Currently, the theoretical basis for examination of gas component in permafrost is practically not developed. At the same time, the theoretical and practical significance of this problem has rapidly increased in recent years. This is due to gas emissions during drilling of wells in frozen rocks, the identification of significant greenhouse gas emissions in the Arctic, the detection of previously unknown processes in the permafrost zone – the formation of craters due to gas emissions.The main method applied in the article is the analysis of research materials. The synthesis of the results was carried out on the basis of the geosystem approach. The authors are first to demonstrate that gas-saturated zones in seasonally and permafrost rocks have all the attributes of geosystems: localization in space, boundaries, morphology, individual structure and properties, development history, life cycle, hierarchy. Five types of geosystem were determined: active layer; genetic type; confined to geological structures; secondary, associated with the decomposition of gas hydrates in vivo; technogenic (due to thermal or mechanical effects on hydrated and gas saturated frozen rocks). The artcile describes promising directions in studying gas-saturated geosystems of permafrost zone, as well as  the advanced research methods.

Аннотация: Предметом исследования является воронка газового выброса (Ямальский кратер), расположенная в южной части Бованенковского месторождения на полуострове Ямал. Обобщение данных по строению слагающих кратер пород, природных условий и результатов лабораторных исследований, позволило построить феноменологическую модель формирования Ямальского кратера, с выделением различных стадий его развития. Причиной возникновения воронок газового выброса является образование в толще многолетнемёрзлых пород зон накопления подземного газа с аномально высоким давлением. Различные геологические и термодинамические условия обуславливают различные сценарии их развития. Основным методом исследования является рассмотрение различных структурных элементов Ямальского кратера, как феноменов, отражающих процессы его формирования. При выявлении процессов, формирующих воронки газового выброса использован метод аналогий.


Основные выводы проведенного исследования. Воронки газового выброса являются результатом саморазвития флюидодинамических геосистем, представляющих из себя локальные, ледогрунтовые газонасыщенные образовании, находящиеся в неравновесном термодинамическом состоянии по отношению к вмещающим многолетнемёрзлым породам. Развитие выделенных геосистем определяется парагенетическими связями между процессами фильтрации газа и деформаций газонасыщенного ледогрунтового материала (от вязкопластического движения до хрупкого разрушения). Ямальский кратер, является частным примером, полного, законченного жизненного цикла развития выделенных геосистем, от начальной стадии - формирования условий для разложении газогидратов, до конечной стадии – взрыва и выброса ледогрунтового материала.

Abstract: The subject of this research is the gas emission crater (Yamal crater), located in the southern part of Bovanenkovo deposit on the Yamal Peninsula. Generalization of data on the structure of crater soils components, natural conditions and laboratory results, allowed building a phenomenological model of the Yamal crater, with identification of different stages of its development. The cause for the emergence of the gas emission craters is the formation within the subsurface of permafrost rocks of the underground gas accumulation zones with the abnormally high pressure. The diverse geological and thermodynamic factors substantiate the various scenarios of their development. The main research method lies in consideration of the different structural elements of the Yamal crater as the phenomena that reflect the processes of its formation. In determination of the processes that form the gas emission craters, the authors apply the method of analogies. The conclusion is made that the gas emission craters eventuate the self-development of the fluid dynamics geosystems, which are the local ice-surface gas-saturated formations in non-equilibrium thermodynamic state in relation to the enclosing permafrost rocks. The development of the selected geosystems is defined by paragenetic links between gas filtration processes and deformations of gas-saturated ice-surface material (from viscoplastic motion to brittle fracture). The Yamal crater is a particular example of a full and complete life cycle of the development of selected geosystems: from the initial stage – the formation of conditions for decomposition of gas hydrates, to the final stage – the explosion and release of ice-surface material.

Аннотация: Статья посвящёна рассмотрению вопросов связанных с формированием в многолетнемёрзлых породах локальных зон с признаками динамометаморфизма. Анализируются материалы по строению криогенных образований имеющих следы пластических и разрывных деформаций, а также признаки течения, свидетельствующих о движении потоков вещества в твёрдом, жидком и газообразном виде. Рассмотрена возможность применения флюидодинамического подхода при изучении динамических процессов в криолитозоне. Разработка флюидодинамического направления обуславливает необходимость рассмотрения нетрадиционных для геокриологии, объектов, связанных с флюидными образованиями в криолитозоне. Среди основных направлении исследований используемых в предлагаемой работе основное внимание уделено структурному методу, связанному с анализом особенностей строения криогенных образований и методу актуализма связанному с анализом условий формирования флюидов. В первой части статьи будут рассмотрены парагенетические связи между особенностями развития многолетнемёрзлых отложений на арктических побережьях, формированием потоков внутригрунтовых вод и структурно-текстурные особенностями формирующихся криогенных образований. В качестве объекта исследования был выбран разрез морских отложений в районе оз. Ней-То (Центральный Ямал).

Abstract: This article is devoted to the consideration of issues related to the formation of local zones with signs of dynamic metamorphism in permafrost. Data on the cryogenic formation structures with traces of plastic and discontinuous deformations, as well as signs of flow in a solid, liquid and gaseous form are analyzed. The possibility of using the fluid dynamical approach in the study of dynamic processes in the cryolithozone is considered. The development of the fluid dynamic topic necessitates consideration of non-traditional geocryological objects associated with fluid formations in the cryolithozone. The main attention is given to the structural method associated with the analysis of the features of the cryogenic formations structure and the method of actualism associated with the analysis of the conditions for the fluids formation. In the first part of the article, the paragenetic relationships between the features of the frozen soils formations on the Arctic coasts, the formation of inland water flows and the structural and texture features of the cryogenic formations are considered. A section of marine sediments in the area of the Nei-To lake in Central Yamal was chosen as the research object.

Аннотация: Вторая часть статьи посвящена рассмотрению условий возникновения и развития двух видов флюидов в многолетнемёрзлых породах: потоков мерзлых пород и льда и газовых потоков. Эту работу затрудняет отсутствие соответствующего понятийного аппарата, разработанных классификаций, систематизированных признаков выделение различных по генезису динамических образований в мёрзлых породах. В работе проанализирован понятийный аппарат флюидогеодинамики, используемый в геологии, и рассмотрена возможность его использования в геокриологии. Проанализированы условия развития различных типов литогенных флюидов: за счёт формирования ядра жёсткости, движения мёрзлых пород по склону, субаквальных оползней, складкообразования у боковой поверхности растущих повторно-жильных льдов. Основное внимание уделено построению феноменологических моделей формирование флюидов в многолетнемёрзлых грунтах, дополненному структурным методом и методом актуализма. На основе анализа строения воронки газового выброса (Ямальского кратера) рассмотрена возможность и условия фильтрации газа сквозь льдистые многолетнемёрзлые породы. Предложена математическая модель напорной фильтрации газовых флюидов в структурно-неоднородной среде (в грунте) на основе уравнения Бринкмана, применительно к многолетнемёрзлым породам.

Abstract: The second part of the article is devoted to the consideration of the conditions for the development of two types of fluids in permafrost: frozen soils, and ice flows and gas flows. This work is hampered by the lack of a corresponding conceptual and terminological base, developed classifications, systematized features, differentiation of genetically distinct dynamic formations in frozen soils. In this work, the conceptual fluid dynamics terminology used in geology is analyzed and the possibility of its use in geocryology is considered. The main attention is concentrated on the construction of phenomenological models for the fluids formation in permafrost, supplemented by the structural method and by the method of actualism. The conditions for the development of various types of lithogenous fluids are analyzed: through the formation of a nucleus of rigidity, the motion of frozen soils along the slope, subaquatic landslides, and folding at the lateral surface of growing ice wedges. Based on the analysis of the structure of the gas emission crater (Yamal Crater), the possibility and conditions of gas filtration through icy frozen soils are considered. A mathematical model of the pressure filtration of gas fluids in structurally heterogeneous soils is proposed on the basis of the Brinkman equation applied to the frozen soils.