<Современное состояние и эволюция криолитозоны и зоны стабильности газовых гидратов на арктическом шельфе Восточной Сибири в позднем кайнозое>

Общая характеристика работы.

Актуальность работы. В последние годы исследование шельфов Арктических морей привлекает все большее внимание научной общественности в России и за рубежом. Этот процесс имеет под собой, как экономические (известно, что на шельфе существуют богатейшие залежи углеводородов), так и познавательные причины. Изучение современной природной обстановки на арктическом шельфе необходимо для понимания глобальных процессов и явлений, их эволюции в прошлом, а так же установления современного состояния криолитозоны шельфа. Только в 90 -х годах проблеме исследований арктических шельфов Евразии было посвящено большое количество исследовательских проектов. Широкомасштабные исследования субмаринной криолитозоны были предприняты в рамках совместных российско-немецких программах "Система море Лаптевых" и "Система море Лаптевых 2000", в которых принимал участие и автор настоящей работы.

К настоящему времени в изучении толщ многолетнемерзлых пород (ММП) арктического шельфа Восточной Сибири получены принципиально новые результаты и установлено существование зоны стабильности гидратов газов (ЗСГГ). Результаты морских сейсмических и сейсмоакустических исследований, буровые данные о наличии реликтовых толщ ММП на шельфе, об их мощности на побережье, а также результаты математического моделирования позволили констатировать их практически повсеместное распространение, а так же существование ЗСГГ на шельфе. Без познания закономерностей их формирования, динамики и современного состояния невозможно адекватное понимание природной среды и освоение этих регионов, включая поиск, разведку и разработку месторождений полезных ископаемых, особенно таких, как нефть и газ. Кроме того, шельфовая криолитозона и ЗСГГ являются важным следствием природных процессов, происходивших на шельфе в геологическом прошлом. Их эволюция в будущем может повлиять на климатические изменения, как в Арктике, так и на всей планете.

Изучением газовых гидратов (ГГ) занялись совсем недавно, и в последнее время интерес к этой проблеме особенно повысился. Возросшее внимание к ГГ, как к геологическому явлению, объясняется следующими причинами. Во-первых, гидраты природных газов рассматриваются, как потенциальный источник углеводородов. Во-вторых, в случае реализации прогнозов о глобальном потеплении климата, разрушение гидратных залежей может привести к эмиссии в атмосферу большого количества парниковых газов, что может повлечь за собой трудно предсказуемые последствия. В третьих, ГГ рассматриваются как составная часть Криосферы Земли.

Основными методами исследований проблемы эволюции и динамики шельфовой криолитозоны и ЗСГГ в рамках настоящей работы явились обобщение многочисленных, но разрозненных натурных данных, палеогеографические реконструкции и математические моделирование.

Основной целью работы является исследование современного состояния толщ ММП и ЗСГГ на арктическом шельфе и приморских низменностях региона морей Лаптевых и Восточно-Сибирского, а также их эволюции в позднем кайнозое. Для достижения этой цели были поставлены и решены следующие задачи:

1. Создана геолого-тектоническая модель шельфа и его составляющих - рифтовых структур.

2. Созданы палеогеографические сценарии эволюции природной среды адаптированные к математическому моделированию, а также математические модели толщ ММП и ЗСГГ и программы их компьютерной реализации;

3. С использованием последних произведено мерзлотное моделирование, а полученные результаты проанализированы и сопоставлены с натурными данными.

Для решения перечисленных выше задач были собраны и проанализированы многочисленные литературные и фондовые материалы; изучены новые натурные данные по тектоническому строению региона, по мерзлотным условиям шельфа; собраны материалы по газовым гидратам и по условиям формирования ЗСГГ.

Научная новизна работы. Данная работа носит поисковый и прогнозный характер. Она является одной из первых попыток совместного моделирования эволюции криолитозоны и ЗСГГ для шельфов морей Лаптевых и Восточно-Сибирского в прошлом, и использования полученных результатов для восстановления их современного состояния. Автором впервые получены представления о возможной динамике толщ ММП и ЗСГГ в рифтовых структурах арктического шельфа. Показана принципиальная возможность и выявлены необходимые условия образования сквозных субмаринных эндогенных таликов в реликтовых мерзлых толщах и <разрывов> в ЗСГГ, через которые может происходить эмиссия газов на этапах трансгрессий.

Практическое значение работы. Практическая значимость проведенного исследования связана с созданием новых представлений о современных геокриологических условиях арктического шельфа Восточной Сибири. Полученные представления о современном состоянии толщ ММП и ЗСГГ на шельфе, необходимо использовать при полевых геофизических и геологических исследованиях. По результатам моделирования составлены схематические прогнозные карты фоновых мощностей толщ ММП и положения нижней поверхности ЗСГГ на современный этап времени. Проводимые исследования позволяют реконструировать периоды образования и возможное местоположение сквозных таликов и <карманообразных> структур в мерзлых толщах рифтов на шельфе моря Лаптевых, их связь с геотермической неоднородностью и периодическим осушением и затоплением шельфа. Принимая во внимание высокий уровень нефтегазоносного потенциала региона, эти структуры должны в дальнейшем учитываться при поисковых и разведочных исследованиях на нефть и газ на шельфе.

Личный вклад автора. Автором была создана геолого-тектоническая основа для моделирования эволюции толщ ММП и ЗСГГ, как для усредненных условий, так и для рифтовых структур Лаптевского шельфа. Самостоятельно были произведены все расчеты эволюции толщ ММП и ЗСГГ, а по результатам расчетов составлены схематические прогнозные карты фоновых мощностей толщ ММП и ЗСГГ для Восточно-Сибирского шельфа. Совместно с Г. С. Типенко автором была создана схема и проведены расчеты эволюции толщ ММП и ЗСГГ в рифтовых структурах Арктического шельфа.

Апробация работы. По материалам диссертации опубликовано 6 работ: 3 статьи в журнале <Криосфера Земли> (2003, 2005, 2006); 1 статья на английском языке в журнале (2005); 1 статья в трудах 3-ей конференции геокриологов России (Москва, 2005); 1 статья в материалах международной конференции <Теория и практика оценки состояния криосферы Земли и прогноз ее изменений> (Тюмень, 2006). Результаты диссертации неоднократно докладывались в виде устных и стендовых докладов на многочисленных международных научных конференциях, таких как: конференции по проблемам Криосферы Земли в Пущино (2001 и 2003 гг.) и Тюмени (2004 и 2006 гг.), на конференции "Climate drivers of the North" в Киле, Германия (2002 г); на III конференции геокриологов России (Москва, 2005 г.), на Второй Европейской конференции по мерзлоте, EUCOP II в Потсдаме, Германия (2005 г).

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения и одного приложения общим объемом 213 страницы, включая 35 рисунков и 3 таблицы. Список литературы составляет 314 наименований, в том числе 79 на иностранных языках.

Благодарности. Работа финансово поддерживалась грантами РФФИ (N 03-05-64351; 06-05-64197); грантами российско-германской лаборатории им. Отто Шмидта (OSL).

Работа проводилась в период с 2003 по 2006 гг. на кафедре геокриологии геологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова под научным руководством профессора, доктора г.-м. наук Н.Н. Романовского, которому автор выражает глубокую признательность за постановку исследования, за постоянное внимание и поддержку. В работе над диссертацией автор постоянно пользовался консультациями А.В. Гаврилова, профессора Х.-В. Хуббертена и Г.С. Типенко, которым искренне благодарен. Автор благодарит за помощь и консультации А.Л. Холодова, В.Е. Тумского, О.М. Лисицыну, Е.М. Чувилина, Е. Перлову и Е. Козлову, Л. Т. Роман, Р.Г. Мотенко, М.Н. Григорьева, всех сотрудников кафедры геокрилогии МГУ и многих других. Автор выражает отдельную благодарность Х.-М. Кассенс и Л.А. Тимохову, как руководителям российско-германской лаборатории им. Отто Шмитда за предоставленную возможность тестирования новых моделей на профессиональных компьютерах лаборатории в Санкт- Петербурге.