Оценка геокриологических условий северо-таежных ландшафтов, нарушенных протяженными инженерными системами

Казанцева, Людмила Анатольевна

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Оценка геокриологических условий северо-таежных ландшафтов, нарушенных протяженными инженерными системами
ВАК РФ 25.00.08, Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение

Автореферат диссертации по теме "Оценка геокриологических условий северо-таежных ландшафтов, нарушенных протяженными инженерными системами"

На правах рукописи

Ф-

Казанцева Людмила Анатольевна

ОЦЕНКА ГЕОКРИОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИИ СЕВЕРО-ТАЕЖИЫХ ЛАНДШАФТОВ, НАРУШЕННЫХ ПРОТЯЖЕННЫМИ ИНЖЕНЕРНЫМИ СИСТЕМАМИ

(НА ПРИМЕРЕ НАДЫМСКОГО РАЙОНА)

Специальность 25.00.08 - инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение

1 О НОЯ 2011

АВТОРЕФЕРАТ на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Тюмень 2011

40£>9О66

4859066

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте криосферы Земли Сибирского отделения РАН

Научный руководитель: доктор географических наук

Москаленко Наталия Георгиевна

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук Лаухин Станислав Алексеевич кандидат геолого-минералогических наук Кравцов Юрий Васильевич

Ведущая организация: ГОУ ВПО «Тюменский государственный университет»

Защита диссертации состоится: «Л» 2011 г. вчасов на

заседании диссертационного совета ДМ 003.042.02 при Институте криосферы Земли СО РАН по адресу: 625026, г. Тюмень, ул. Малыгина, 86.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института криосферы Земли СО РАН по адресу: г. Тюмень, ул. Таймырская, 74. Автореферат разослан « ¿¿-у> октября 2011 г.

Отзывы на автореферат, заверенные печатью учреждения, просьба направлять по адресу: 625000, Тюмень, а/я 1230, факс 8-345-688-786; e-mail: sciensec@ikz.ru, lpodenko@mail.ru

Секретарь Диссертационного совета ДМ 003.042.02 кандидат физико-математических наук

JI.C. Поденко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы н постановка проблемы

Освоение месторождений нефти и газа в Западной Сибири вызвало масштабную перестройку геосистем в виде дифференцированного отклика на антропогенные воздействия. При этом изменилась ландшафтная структура региона, появились новые техногенные и природно-техногенные геосистемы, резко изменились геокриологические условия.

В научной литературе, посвященной изменению геокриологических условий и ландшафтов в связи с нефтегазовым освоением севера Западной Сибири, (Е.С. Мельников и др.; И.И. Мазур; В.В. Баулин; В.Т. Трофимов и др.; A.B. Павлов; В.В. Козин; J1.H. Крицук; Г.В. Малкова; Л.И. Зотова; H.A. Шполянская; Н.Г. Москаленко) основное внимание уделено оценкам уровней техногенного воздействия и изменению многолетнемерзлых пород (ММП) сразу после освоения территории. Детальное изучение пространственной изменчивости ландшафтных и геокриологических условий проводилось в лесотундровой и тундровой зоне Западной Сибири Н.Г. Москаленко, В.Б. Славин-Боровским и Ю.Л., Шуром (Москаленко и др., 1978; Москаленко, 1993). Этими исследованиями установлены закономерности изменения геокриологических условий и ландшафтов, устойчивость природных комплексов к техногенным воздействиям в условиях тундровой и лесотундровой зон.

Диссертационная работа посвящена развитию этих представлений на авторских материалах, полученных в северной тайге. Особое внимание уделено изучению пространственной и временной изменчивости отдельных компонентов ландшафтов (рельеф, растительность, почвы, геокриологические условия) в естественных и нарушенных условиях для обоснования достоверной оценки их устойчивости к техногенезу. При этом учитывалось, что оценка изменений геокриологических условий, ориентированная на установление долговременного состояния ландшафтов нарушаемых территорий, на прогноз развития выявленных тенденций требует проведения специальных исследований на стационарах. Фактологической базой диссертации являются данные наблюдений, полученные автором на Надымском стационаре Института криосферы Земли СО РАН в процессе полевых исследований в 2005-2009 гг.

Цель и задачи исследования

Целью настоящей работы является - оценка пространственной и временной изменчивости геокриологических условий и микроландшафтов северной тайги, нарушенных линейным строительством с использованием геоинформационных технологий.

Основными задачами для достижения цели явились:

- Изучить пространственную и временную изменчивость геокриологических условий в полосе трассы газопровода Надым-Пунга и на прилегающей ненарушенной территории.

- Разработать и апробировать методику крупномасштабного оценочного картографирования геосистем ранга фаций и микрофаций.

- Составить крупномасштабные покомпонентные карты и литологические разрезы, отражающие долговременные изменения геокриологических условий техногенно - нарушенной территории.

- На основе составленных крупномасштабных карт и разрезов выполнить анализ изменений геосистем ранга фаций и микрофаций при антропогенном воздействии.

- Выявить факторы, влияющие на пространственную изменчивость сезонно-талого слоя.

- Проследить влияние динамики растительного покрова и проложенного газопровода на температурный режим почв и пород.

Личный вклад и методы исследований

Автором подготовлена характеристика свойств региональных и локальных геосистем района исследования, проведено крупномасштабное оценочное картографирование, установлена закономерность изменений геокриологических условий и микроландшафтов в результате эксплуатации и реконструкции газопровода Надым-Пунга. По материалам исследований составлены тематические карты, построены литологические разрезы, на основе которых выявлена связь ландшафтных и гекриологических условий естественных и нарушенных геосистем северной тайги Западной Сибири.

При подготовке диссертации использованы картографический, статистический и индикационный методы исследований. Фактографическую основу работы составляют 1800 ландшафтных описаний и измерений фитоценотических параметров, подкреплённых таким же количеством измерений температуры почвы. На двухстах точках проведено определение мощности сезонно-талого слоя (СТС) и мощности торфа.

Научная новизна работы

1. Впервые для природных комплексов ранга фаций и микрофаций северотаежных озерпо-аллювиальных равнин изучена пространственная и временная изменчивость геокриологических условий. Показано, что наиболее подвержен внешним воздействиям, как естественным, так и антропогенным, сезонно-талый слой.

2. На основе анализа разновременных карт установлено упрощение пространственной структуры нарушенных геосистем и вертикальной структуры микрофитоценозов, входящих в их состав.

3. Выявлены изменения природных комплексов и геокриологических условий в результате реконструкции газопровода Надым-Пунга за 2005-2009 годы. По данным наблюдений прослежено влияние растительного покрова и газопровода на температуру сезонно-талого слоя и многолетнемерзлых пород.

4. Определена устойчивость природных комплексов низшего таксономического ранга, дифференцированных по мощности сезонно-талого слоя. Установлено влияние летних осадков на мощность сезонно-талого слоя и выявлена зависимость мощности сезонно-талого слоя от ландшафтного соседства.

5.Пространственно-временные изменения геокриологических условий отражены на крупномасштабных геокриологических картах, составленных для Надымского стационара на временные срезы 1970 и 2009 г.п, позволивших выполнить количественный анализ произошедших изменений.

На защиту выносятся следующие положения

1. Сопряженный анализ крупномасштабных покомпонентных карт (морфологической структуры, рельефа, температуры почвы, мощности СТС, мощности торфа, высоты кустарников), литологических разрезов и др. информационных материалов является эффективным методическим приемом геокриологического мониторинга в особенности природных комплексов ранга фаций и микрофаций в условиях антропогенной трансформации среды.

2. Мощность сезонноталого слоя и его температура зависят не только от условий теплообмена на фоновой поверхности, но и от теплообмена в экотонных зонах, высококонтрастных по условиям формирования СТС: мощность СТС в граничных условиях более изменчива, чем в центральной части фации.

3. Повторные техногенных нарушения повсеместно приводят к упрощению пространственной структуры природных комплексов ранга фаций и микрофаций, однако геокриологические условия при этом усложняются - как за счёт деградации ММП, так и за счет криогенных новообразований.

4. Комплексная количественная оценка устойчивости северо-таежных геоосистем является основой прогноза последствий техногенных воздействий на геосистемы при нефтегазовом освоении.

Практическая значимость работы

Выполнена оценка геокриологических условий полосы трассы магистрального газопровода Надым-Пунга после проведения его реконструкции.

Предложен комплекс мероприятий, направленных на практическое решение наиболее острых экологических проблем в полосе трассы газопровода Надым-Пунга и в окружающих природных комплексах.

Проведенные исследования путем комплексного геокриологического мониторинга позволяют прогнозировать изменения в геосистемах, которые будут нарушены в результате проектируемого линейного строительства.

Полученные материалы исследований могут быть использованы административными и хозяйственными органами ЯНАО и муниципалитета «Надым и Надымский район» для принятия управленческих решений. Публикации и апробация работы

По теме диссертации опубликовано 11 работ, из них 1 статья в реферируемом журнале «Криосфера Земли».

Результаты исследований и основные выводы по теме диссертации докладывались и обсуждались на 7 конференциях: на Международной конференции «Теория и практика оценки состояния криосферы земли и прогноз ее изменений» в Тюмени, 2006; Научно-производственной конференции «Проблемы инженерно-геологического обеспечения строительства объектов нефтегазового комплекса в криолитозоне» в Москве, 2006; Всероссийской конференции с международным участием «Академическая наука и ее роль в развитии производительных сил в северных регионах России» в Архангельске, 2007; Всероссийском научно-техническом семинаре «Некрасовские чтения» в Тюмени, 2007; Международной конференции "Криогенные ресурсы полярных регионов" в Салехарде, 2007; Международной конференции «Криогенные ресурсы полярных и горных регионов. Состояние и перспективы инженерного мерзлотоведения» в Тюмени, 2008; «Ninth International Conference on Permafrost», University of Alaska in Fairbanks, 2008.

Автор работы является победителем регионального конкурса на соискание грантов Губернатора Тюменской области на разработку научно-исследовательских проектов в 2007 году по теме: «Влияние биоты на динамику криогенных ресурсов северной тайги Тюменской области» г. Тюмень, 2007 г. Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения и содержит 8 таблиц, 51 рисунок. Содержание диссертации изложено на 128 страницах текста. Список использованной литературы включает 139 наименований.

Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю д.г.н. Н.Г.Москаленко за научную и методическую помощь и постоянную поддержку в работе, автор приносит благодарность академику РАН В.П. Мельникову за содействие на всех этапах работы, сотрудникам ИКЗ зам. дир. д.г.-м.н. Д.С. Дроздову, д.г.-м.н. A.A. Васильеву и д.г.-м.н. М.О. Лейбман за ценные замечания и рекомендации при подготовке диссертационной работы и выражает благодарность к.г-м.н., с.н.с. O.E. Пономаревой, О.Л. Опокиной, П.Т. Орехову, Е.В. Устиновой и Е.В. Еланцеву за помощь при сборе полевых материалов.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы, формулируется цель и задачи исследования, пути их решения, изложена научная новизна, практическая значимость работы и основные положения, выносимые на защиту. Глава 1 Современное состояние исследований по оценке геокриологических условий ландшафтов таежной зоны Западной Сибири

Характеризуется современное состояние исследований по оценке состояния геокриологических условий и ландшафтов таежной зоны Западной Сибири с использованием опубликованных (Баулин, 1970; Мельников, Тагунова, Вейсман, 1966; Новиков, Романова, Усова,1981; Козин, 1984; Васильев,1998; Ревзон, Камышев 2001; Кондратьев, Крапивин, Филиппе, 2002; Москаленко и др. 2006; Абатурова, Савинцев, 2008, Крицук, 2010 и др.) и фондовых материалов. Охарактеризованы особенности геокриологических условий северо-таежной зоны на начало строительства, приведены и описаны методы и результаты исследования территории, а именно: анализ картографических материалов и мониторинговых наблюдений. Особое внимание уделено распространению и мощности ММП, температурному режиму и мощности сезонно-талого слоя, ландшафтам (на уровне урочищ и фаций), экогеохимическим условиям.

Показано, что территория Тюменского севера осваивается с большой скоростью, отчего страдают в первую очередь геосистемы и такие критические их компоненты, как растительный покров и геокриологические условия. Изменения в геокриологических условиях обусловлены, главным образом, антропогенным воздействием на природную среду и климатическими изменениями. Это определяет важность проведения оценки геокриологических и ландшафтных изменений севера Западной Сибири, их пространственной и временной изменчивости для обеспечения устойчивого развития территории и прогнозирования экологической обстановки.

Недостаточная изученность структуры и устойчивости таежных геосистем с островным распространением высокотемпературных многолетнемерзлых пород, легко нарушаемых при линейном строительстве, делает необходимым исследовать эту важную проблему, рассматриваемую в настоящей работе. Глава 2 Природные условия Надымского района

Природные условия Надымского района способствуют современному распространению ММП. Климат территории характеризуется низкими среднегодовыми температурами воздуха, средняя температура самого холодного месяца составляет -23,6°С (Пономарева, 2007). Атмосферные осадки изменяются в пределах 358,7 - 642,7 мм, при этом мощность снежного покрова в лесах достигает 150 см.

Начиная с 1970-х годов для региона характерно потепление климата: среднегодовая температура воздуха повысилась с -6,8 °С (1970-1974 г.г.) до -4,4 °С (2005-2009г.г.). После 1996 г. увеличилась и сумма атмосферных годовых осадков. Сумма годовых осадков с 480 мм (1990-1994 г.г.) увеличилась до 550 мм (2005-2009 г.г.).

Для района исследований характерна значительная заболоченность, распространение больших массивов торфяников. Доминантными урочищами озерно-аллювиальных равнин являются плоскобугристые морошково-багульниково-сфагново-лишайниковые торфяники, пушицево-осоково-сфагновые и кустарничково-осоково-моховые болота. В краевых частях равнины на буграх и грядах пучения развиты кедровые багульниково-лишайниковые и багульниково-сфагновые редины.

В геокриологическом отношении район относится к области островного распространения многолетнемерзлых пород мощностью до 200 м (Мельников и др., 1983). В зависимости от типа геосистемы среднегодовая температура пород на подошве слоя с годовыми колебаниями температур изменяется в пределах -2,0 (на крупных буграх пучения) до -0,1 °С на кустарничково-осоково-сфагновых болотах. Мощность сезонно-талого слоя в разных ландшафтных условиях составляет от 0,5 м на кустарничково-сфагново-лишайниковых торфяниках до 2 м на кустарничково-лишайниковых минеральных буграх пучения, сложенных с поверхности песками, подстилаемыми льдистыми суглинками.

В диссертации раскрывается важность учёта сочетания и динамики климатических, геологических, гидрологических, геоморфологических, геокриологических, почвенных и геоботанических условий для определения состояния природных комплексов, влияющих на прогнозируемые тенденции развития геосистем.

Глава 3 Методика исследований изменчивости микроландшафтов и геокриологических условий Надымского стационара.

В третьей главе описывается методика исследований. Комплексный геокриологический мониторинг является основой проводимых исследований. С 2005 года на Надымском стационаре проводятся исследования пространственной и временной изменчивости компонентов геосистем (микрорельеф, растительный покров, геокриологические условия). Наблюдения за изменчивостью компонентов геосистем проводятся на стометровых площадках, разбитых на 100 метровых квадратов в естественных и нарушенных условиях. На каждой такой площадке выполнялось нивелирование относительных отметок поверхности, детальные описания и измерения высоты растительного покрова, измерения температуры поверхности и почвы на глубине 20 см, мощности торфянистого горизонта и максимальной мощности сезонноталого слоя и выявлялись связи между ними.

В работе приводятся графики круглогодичных измерений температур почвы, выполненных научным сотрудником ИКЗ СО РАН П.Т. Ореховым.

Проведенные исследования позволили оценить изменение геокриологических условий и составить крупномасштабные карты пространственной структуры естественных и нарушенных природных комплексов ранга фаций и микрофаций. Глава 4 Анализ структуры природных комплексов Надымского района и ее изменения под влиянием линейного строительства.

Приведен анализ структуры природных комплексов Надымского района и ее изменения под влиянием линейного строительства. С развитием газовой промышленности в регионе началась прокладка газопроводов. Это привело к нарушению рельефа, растительного и почвенного покровов, в результате этого были нарушены естественные природные комплексы, за восстановлением которых многие годы ведутся регулярные наблюдения, позволяющие оценить их состояние, изменения геокриологических условий и происходящие в них процессы под влиянием антропогенной деятельности.

По проведенным наблюдениям и составленным крупномасштабным картам (рис.1) удалось проследить изменение структуры геосистем под влиянием техногенных нарушений. В 2007 году площадь затопленной территории уменьшилась, на поверхности оказались песчаные участки с пятнами торфа, на которых появилась растительность. Площадь покрытия растительностью почвы увеличилась. а б

Микрорельеф: 1 - ровные участки и понижения. 2 - трещина, 3 - кочки и бугорки. 4 - торфяные бугорки, 5 - песчаные повышения, 6 - кочки, 7 - вода.

Доминанты микрофитоценозов: 4-17 - сосудистые растения (4 - овсяница, 5 - осока, 6 -ситник, 7 -брусника, 8 - вороника, 10 - голубика, 11 - морошка, 12 - багульник, 13 - пушица, 14 - андромеда, 15 - карликовая березка, 16 -кедр, 17 - Кассандра; 18-23 - мхи и лишайники (18 - кладония, 19 -сфагнум, 20 - цетрария исландская, 21- цетрария чернеющая, 22 - политрихум 23 - плевроциум; 5.15/16,18 -индекс микрофитоценоза (числитель — сосудистые растения, знаменатель - мхи и лишайники).

Отмечается упрощение пространственной структуры геосистем при нарушениях (табл.4.1). Например, число контуров микрофитоценозов на бугре пучения под влиянием снятия багульниково-лишайникового покрова, нарушения микрорельефа и затопления 40% площадки водой в результате нарушения стока насыпью газопровода уменьшилось с 58 (естественная площадка) до 42 (нарушенная площадка). Упростилась и вертикальная структура микрофитоценозов, представленных открытыми группировками, образованными осоками и мхами, покрывающими 25% поверхности почвы.

Табл.4.1. Изменение микрофацнальной структуры бугра пучения под влиянием нарушения

Состояние, год Число контуров

Общее с травами, с мхами, с травами.

кустарничками лишайниками кустарничками, мхами, лишайниками

Естественное 58 6 19 33

Нарушенное,2005 И 3 5 3

Нарушенное,2006 17 3 9 5

Нарушенное,2007 20 4 7 5

Глава 5 Крупномасштабное картографирование локальных криогенных геосистем

Крупномасштабное картографирование чрезвычайно актуально в связи с обеспечением геокриологического мониторинга, созданием баз данных, проведением экологической экспертизы. Наиболее эффективный метод изучения природных комплексов - это картографический метод исследования, так как картографирование более достоверно выявляет пространственные особенности структуры геосистем. Картографический метод исследования позволяет вскрыть пространственные закономерности распространения природных комплексов.

По данным, полученным в результате проведенных наблюдений в программе "Surfer" была составлена серия покомпонентных карт: карты микрорельефа, горизонтальной микроландшафтной структуры, температуры почвы, высоты доминантных видов растений, мощности торфянистого горизонта и максимальной мощности сезонно-талого слоя. Вдоль западной границы площадок через 1м были пробурены скважины, анализ которых позволил составить схематические литологические разрезы. Составленные карты и разрезы могут быть использованы при комплексном освоении природных ресурсов и при разработке прогнозных программ освоения природных комплексов.

По наблюдениям на территории Надымского стационара за изменениями геосистем было установлено, что через 10 лет после первичного нарушения мелкобугристых участков с осоково-багульниково-кладониево-сфагновым покровом, отличающихся наибольшей пространственной изменчивостью ландшафтных и геокриологических условий, сформировался ерниково-осоково-политриховый покров, сильно уменьшились площади бугорков после расчистки трассы и возникли

микропонижения в результате осадки грунтов. На нарушенной площадке сохранились пятна торфа, не покрытые растительностью. Но через 14 лет на нарушенной площадке был развит уже сплошной ерниково-багульниково-осоковый кладониево-политриховый покров, сохранившийся и через 33 года после нарушения.

В данной работе дана оценка изменений рельефа и механического состава грунтов. Начатая в 2004 году реконструкция 1 нитки газопровода Надым - Пунга, сопровождавшаяся заменой трубы и прокладкой притрассовой грунтовой дороги, привела к значительным изменениям микрорельефа. На рис. 2 и 3 приведены карты рельефа естественных площадок на бугре пучения и мелкобугристом участке, которые не подвергались антропогенному воздействию. Для микрорельефа площадок характерны кустарничково-лишайниковые бугорки высотой до 70см, на мелкобугристом участке также сфагновые кочки и травяно-моховые мочажины, местами с водой.

Рис.З. Рельеф естественной площадки на мелкобугристом участке (Масштаб 1 :Ю0).

На рис. 4-5 приведены карты рельефа нарушенных площадок с техногенными формами рельефа после повторного нарушения.

.„■п/. , ( | А _ 1

¡¡ЛмШг 1 /|

■ . ц

шТ \ >>

/ \

/ , я®

Рис.4. Рельеф площадки на нарушенном торфяно-минеральном бугре пучения (Масштаб 1:100).

Л,

Рис.5. Рельеф нарушенной площадки на мелкобугристом участке (Масштаб 1:100).

После нарушения микрорельеф площадок был представлен бугорками из перевернутых срезанных пластов почвенного покрова. Весь деятельный слой был нарушен, поверхность площадок была покрыта песком, кое-где встречались вкрапления торфа. Появились новые, искусственно созданные формы микрорельефа -насыпи, навалы песка. Нарушение стока насыпью вызвало развитие подтопления, почти половина участков была затоплена водой глубиной от 10 до 100см.

Через год, в 2006 году, на тех же нарушенных участках площадь подтопления уменьшилась и составила примерно треть всей площадки. Растительность начала восстанавливаться, появились осока шаровидная, брусника, багульник и политриховые мхи. Покрытие поверхности травами и кустарничками составило 14%,

мхами 3%. В 2007 году на мелкобугристом участке площадь затопления еще уменьшилась, на участке остались незначительные участки, затопленные водой. Покрытие поверхности травами, кустарничками и мхами увеличилось до 25%, а через 5 лет после повторного нарушения до 40%. Число видов растений, зарегистрированных на нарушенной площадке мелкобугристого участка (26 видов) почти сравнялось с числом видов, отмеченных на естественной площадке (29 видов). На нарушенной площадке отсутствовали некоторые виды кустарничков (андромеда, кассандра) и лишайников, ранее произраставших здесь.

На нарушенном бугре пучения в результате развития термокарста площадь затопления не уменьшилась, а в 2008 году с большим количеством атмосферных осадков (687мм) даже увеличилась. Рельеф естественных площадок на протяжении всего времени наблюдения остался неизменным, лишь только на ненарушенной площадке бугра пучения увеличилась трещина на поверхности из-за продолжающегося процесса пучения бугра.

Максимальная мощность сезонно-талого слоя (СТС) на мелкобугристом участке составила 116 см на багульниково-лишайниковых бугорках. Наименьшая мощность СТС (90 см) была в межбугровьях, занятых мохово-лишайниковой растительностью. Средняя мощность СТС на мелкобугристом участке составила 103 см. На нарушенной площадке кровля многолетнемерзлых пород понизилась до глубины более 8 м по данным геофизических работ (Пономарева, Скворцов , 2006).

Изменения мощности сезонноталого слоя в разных геосистемах за весь период наблюдений даны на рис.6. Минимальная изменчивость величины СТС отмечается на торфяниках, максимальная изменчивость характерна для бугров пучения.

200 < '

100 ; 50 л А • 'Л . V ч Л- - Т* Л

1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 —•-1 - - - - 2 — - 3

Рис.6. Изменения сезонноталого слоя (см) в разных геосистемах за 1975-2009 г.г.

Геосистемы: 1 - торфяник, 2 - бугор пучения, 3 - мелкобугристый участок. По данным бурения были построены схематические литологические разрезы естественной (рис.7) и нарушенной (рис.8) площадок мелкобугристого участка, на котором четко видно, что при техногенном нарушении был снят весь торфяной

горизонт. На естественной площадке мощность этого горизонта варьирует от 25 до 60см. Искусственно созданный слой представлен песками, на которых растительность будет еще долгое время восстанавливаться. Песчаная поверхность быстрее прогревается от солнечного тепла, чем поверхность естественной площадки. Поэтому температура почвы на поверхности и на глубине 20см на нарушенных площадках выше, чем на естественных площадках на 2-3 °С по измерениям, выполненным в 2006-2007 годах.

Приведенные литологические разрезы вскрывают значительную пространственную изменчивость верхних слоев песков озерно-аллювиальных отложений, включающих прослои суглинков разной мощности.

В дальнейшем, если не произойдет новых нарушений, можно ожидать, что структура мелкобугристого участка будет восстановлена, но за длительный период времени (50-100 лет) и в измененном виде.

& ШШ'Ш* ШЗ« ШЗ* ЕЗ'ЕЭ' —-

Рис.7. Схематический литологический разрез ненарушенного мелкобугристого участка.

СМ СКВ 1 Скв 2 СКВ 3 Скв 4 Скв 5 СКВ 6 Скв 7

Рис.8. Схематический литологический разрез нарушенного мелкобугристого участка. 1 - торф, 2 - песок оторфованый, 3 - суглинок бурый. 4 - песок серый, 5 - песок ожелезненный, 6 - песок серый и сизый средний с единичными включениями крупного, 7 - суглинок серый, 8 - уровень надмерзлотных вод, 9 - скважина и ее номер, 10 - кровля слоя ММП, 11 - предполагаемая граница слоя

В таблицах 5.1 и 5.2 приведены коэффициенты корреляции между данными по температуре почвы и мощности СТС, по мощности торфа и мощности СТС, которые почти не отличаются в разных природных комплексах и в среднем составляют 0,5.

Приведенные коэффициенты подтверждают, что мощность сезонно-талого слоя зависит от мощности торфяного горизонта, а также и от температуры почвы. Табл. 5.1 Коэффициент корреляции температуры почвы и мощности СТС

Природные комплексы Коэффициент корреляции

Торфяно-минеральный бугор пучения (2005 г.) 0,42

Плоскобугристый торфяник (2006 г) 0,45

Мелкобугристая тундра (2006 г) 0,44

Табл. 5.2 Коэффициент корреляции мощности торфа и мощности СТС

Природные комплексы Коэффициент корреляции

Торфяно-минеральный бугор пучения (2005 г.) 0,47

Плоскобугристый торфяник (2006 г) 0,4В

Мелкобугристая тундра (2006 г) 0,47

Причинами вариации параметров геосистем являются изменения микрорельефа, растительности, почв, гидрологического режима, геокриологических условий, которые вызваны антропогенной трансформацией ландшафта при строительстве и эксплуатации газопровода.

Оценка последствий воздействия строительства и эксплуатации газопровода проводится определением площади нарушенных земель и их доли в общей площади территории. Одним из методов оценки степени нарушенное™ ландшафтов является определение времени, необходимого геосистеме для полного восстановления.

Строительство и эксплуатация газопровода оказали значительное влияние на пространственную ландшафтную структуру и отдельные компоненты геосистем (рельеф, растительность, почвы, геокриологические условия), изменения последних отражены в составленных картах (рис.9,10) и таблице 5.3.

Анализ полученных данных показывает, что при повторных нарушениях полосы трассы почти полностью удаляются растительный покров и торфяной горизонт, нарушается микрорельеф, водный и тепловой баланс, понижается кровля многолетнемерзлых пород. При сравнении составленных карт 1970 и 2009 годов можно видеть появление в нарушенной зоне вдоль газопровода новых озер и болотных геосистем на месте торфяников, мелкобугристых участков и бугров пучения в результате развития термокарста, понижения кровли и деградации ММП. В результате развития этих процессов усложняются геокриологические условия в нарушенной зоне вдоль газопровода и за счет этого число контуров геокриологических участков увеличилось с 30 (в 1970 г.) до 48 (2009 г.).

Проведенные наблюдения показали, что мощность сезонно-талого слоя и температура почвы зависят не только от микрорельефа, растительного покрова, мощности торфянистого горизонта, но и от ландшафтного соседства (таблица 5.4).

Восстановление повторно нарушенных геосистем происходит медленно и в измененном виде по сравнению с исходными геосистемами.

■НН

6 Р

2.' ' -

вяяшя ф®"™* ^ "

' 2

Рис. 9. Геокриологические условия Надымского стационара (1970 г.). 1-6 -геокриологические участки,

- заболачивание,

- проектируемый газопровод

- озера;

Рис.10. Геокриологические последствия трансформации геосистем под влиянием линейного строительства (2009 г.) 1-6 - геокриологические участки (см. табл. 5.З.), 7 - заболачивание, 8 -эпозия. 9 - тспмокапст. |

^ - л^к^е, 1

эрозия, 9 - термокарст. ▲

плоскостной смыв;

- озера;

- газопровод.

Таблица 5.3. Геокриологические участки, выделенные на Надымском стационаре.

Ландшафтная Характеристика Распространение и льдистость ММП СТС, CMC, м Температура пород, °С Процессы: 1970 2009

1 .Слабонаклонные и плоские участки с березово-сосновыми и сосново-лиственничными кустарничково-лишайниковыми и кустарничково-сфагновыми редколесьями и рединами на песках Отсутствуют CMC 0,8-1,5 0,0:+1 Заболачивание, сезонное пучение, новообразование ММП заболачивание

2.Плоские участки и ложбины стока с травяно-моховыми и кустарничково-травяно-моховыми болотами на торфе, подстилаемом песками Линзы льдистых мерзлых пород, в 2009г. отсутствуют CMC 0,5-1,5 0,0 Новообразование ММП, сезонное пучение деградация ММП

З.Мелкобугристые и пониженные участки с осоково-багульниково-мохово-лишайниковыми тундрами и кустарничково-травяно-моховыми болотами на песках с прослоями суглинка, местами перекрытыми торфом Чередование льдистых мерзлых и талых участков СТС 0,8-1,5 (1970 г.) 1-1,7, CMC (2009 г.) 1,5-2 0,0: -0,2 (1970 г.), 0,0: -0,1 (2009 г.) Сезонное и многолетнее пучение термокарст, деградация ММП, заболачивание

4.Бугры пучения с кедровыми кустарничково-лишайниковыми и кустарничково-мохово-лишайниковыми рединами на песках, подстилаемых суглинками Сплошное, сильнольдистые ММП СТС 1-1,5(1970), 1,5-2 (2009) -0,4.-0,5 (1970 г.), -0,05: -0,1 (2009 г.) Термокарст, многолетнее пучение, заболачивание термокарст, понижение кровли ММП

5. Плоские участки с морошково-багульниково-сфагново-лишайниковыми торфяниками на торфе, подстилаемом песками с прослоями суглинка Сплошное, льдистые ММП СТС 0,5-0,7(1970 г.), 0,5-0,8 (2009 г.) -0,8:-1,0 (1970 г.), -0,1 :-0,2 (2009 г.) Термокарст, многолетнее пучение термокарст, понижение кровли ММП, заболачивание

6. Крупнобугристые морошково-багульниково-лишайниковые торфяники на торфе, подстилаемом суглинками Сплошное, сильнольдистые ММП СТС 0,5-0,65 (1970), 0,5-0,7 (2009) -1,8:-2,0 (1970 г.), -0,4:-0,5 (2009 г.) Тепмокавст, многолетнее пучение термокарст, понижение кровли ММП

Таблица 5.4. Влияние ландшафтного соседства на мощность сезонно-талого слоя _(в см) на бугре пучения__

Статистики Склон бугра у границы с болотом Вершина бугра

Число замеров 40 40

Среднее 105 66

Максимум 160 80

Минимум 60 50

Стандартное отклонение 29.9 9.6

Критерий Колмогорова-Смирнова 0.235 0.272

Заключение

Выполненные исследования долговременных изменений геокриологических условий при строительстве газопроводов в северо-таежной биоклиматической зоне позволяют сделать следующие выводы, обосновывающие защищаемые положения:

Впервые для природных комплексов ранга фаций и микрофаций северотаежных озерно-аллювиальных равнин изучена пространственная и временная изменчивость геокриологических условий. Разработана и апробирована методика картографирования геокриологических условий на уровне фаций, проведено крупномасштабное оценочное картографирование фаций в полосе трассы газопровода Надым-Пунга. Составлены крупномасштабные покомпонентные карты и литологические разрезы, отражающие долговременные изменения геокриологических условий техногенно - нарушенной территории.

Установлено, что на фациальном уровне наибольшим изменениям при техногенных воздействиях и вследствие изменений климата подвержен сезонно-талый слой. Выявлено, что на изменение сезонно-талого слоя, помимо изменения состава и свойств верхних горизонтов ММП и условий теплообмена, решающее влияние оказывает ландшафтное соседство. Мощность сезонно-талого слоя и его температура в экотонных зонах микрофаций, контрастных по своим величинам, значительно отличаются от значений этих параметров в микрофациях, соседствующих с микрофациями с близкими значениями этих величин. Количественно оценено влияние летних атмосферных осадков на мощность сезонно-талого слоя в нарушенных и естественных природных комплексах ранга фаций.

Впервые на основе составленных крупномасштабных карт и разрезов выполнен анализ динамики структуры природных комплексов в полосе трассы газопровода Надым-Пунга ранга фаций и микрофаций. Установлено упрощение пространственной структуры нарушенных геосистем после повторного нарушения. Выявлены изменения природных комплексов и геокриологических условий в результате реконструкции газопровода Надым-Пунга за 2005-2008 годы. Прослежено влияние

динамики растительного покрова и проложенного газопровода на температурный режим почвы и пород.

Установлено, что на буграх пучения и торфяниках снятие растительного покрова и торфяного слоя, мощностью до 0,2 м, нарушение микрорельефа привело к увеличению мощности сезонно-талого слоя, повышению температуры почв и пород, появлению термокарстовых просадок и озерков и к понижению кровли многолегнемерзлых пород. На ненарушенных буграх пучения и торфяниках за период исследований мощность сезонно-талого слоя также увеличилась, однако не столь существенно. Температура пород на них тоже повысилась в связи с повышением температуры воздуха. Таким образом, после техногенных нарушений территории не только не восстанавливается исходная ландшафтная структура, но и наблюдается опускание кровли ММП и переход верхних горизонтов пород в сезонно-мерзлое состояние. На мелкобугристых участках отмечается деградация мерзлоты.

Выполненный комплекс ландшафтных, геокриологических и мониторинговых наблюдений позволил сделать геоэкологическую оценку современного состояния полосы трассы магистрального газопровода Надым-Пунга и прилегающей ненарушенной территории.

Полученные результаты могут быть использованы административными и хозяйственными органами ЯНАО и муниципалитета «Надым и Надымский район» для принятия управленческих решений и проектными и эксплуатирующими организациями Газпрома для обеспечения устойчивой безаварийной работы газотранспортной системы.

Публикации по теме диссертации в изданиях, рекомендованных ВАК

1. Казанцева J1.A. Пространственная изменчивость ландшафтных и геокриологических условий естественных и нарушенных экосистем северной тайги Западной Сибири // Криосфера Земли, т. X, № 2, 2008, С. 14-18.

2. Ludmila Kazantseva. Vegetation of Northern West Siberia and its Response to Human-Induced Disturbances.// Extended Abstracts "Ninth International onference on Permafrost University of Alaska" Fairbanks, June 29-July 3, 2008. Pp. 127-128.

3. Moskalenko N.G., Ponomareva O.E., Matyshak G.V., Orekhov P.T., Kazantseva L.A., Ustinova E V. Vegetation and Permafrost Long-Term Monitoring in the West Siberia Subarctic II Extended Abstracts "Ninth International Conference on Permafrost University of Alaska" Fairbanks, June 29-July 3, 2008. Pp. 217-218.

В других изданиях

4. Казанцева JI.A. Контроль загрязнения городских экосистем»// 11-я международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии». Томск, 2005, т.2: С.437-439.

(

5. Москаленко Н.Г, Пономарева, Казанцева JI.A., Устинова Е.В., Рычков П.Н. Мониторинг природной среды, нарушенной линейным строительством на севере Западной Сибири // Проблемы инженерно-геологического обеспечения строительства объектов нефтегазового комплекса в криолитозоне, M., 2006. С. 44-48.

6. Казанцева JI.A. «Пространственная изменчивость ландшафтных и геокриологических условий естественных и нарушенных геосистем северной тайги Западной Сибири», II Теория и практика оценки состояния криосферы Земли и прогноз ее изменений. Материалы международной конференции. Тюмень, 2006, т.2. С.166-169.

7. Москаленко Н.Г., Пономарева O.E., Казанцева JI.A., Устинова Е.В. Мониторинг инженерно-геокриологических условий на трассе газопровода Надым-Пунга // Проблемы инженерно-геологического обеспечения строительства объектов нефтегазового комплекса в криолитозоне. Материалы Научно-производственной конференции, М., 2006. С.115-119.

8. Казанцева JI.A., Москаленко Н.Г., Пономарева O.E. Структура бугров пучения северной тайги Западной Сибири // Материалы XI Международной ландшафтной конференции. М„ 2006 С. 183-185.

9. Москаленко Н.Г., Казанцева Л.А., Матышак Г.В., Орехов П.Т., Пономарева O.E., Устинова Е.В. Мониторинг геокриологических и ландшафтных условий в полосе трассы газопровода Надым-Пунга // Материалы Международной конференции « Криогенные ресурсы полярных и горных регионов». Тюмень, 2008. С.192-195.

10. Казанцева Л.А, Пономарева O.E., Опокина О.Л. Пространственная изменчивость компонентов геосистем полосы трассы газопровода Надым-Пунга. Л.А Казанцева, O.E Пономарева, Опокина О.Л.// Материалы Международной конференции « Криогенные ресурсы полярных и горных регионов». Тюмень, 2008. С. 182-185.

11. Москаленко Н.Г, Казанцева Л.А., Матышак Г.В., Никитин А.Ю., Орехов П.Т., Пономарева O.E., Устинова Е. В., Бердников Н.М., Гамеев H.A. Влияние газопровода Надым-Пунга на ландшафты и многолетнемерзлые породы // Сборник научных работ. XIY съезд Русского Географического Общества (электронная версия), книга 2, часть 2, СПб, 2010, с. 200-204.

Подписано в печать 12.10.2011. Формат 60x90 1/16. Усл. печ. л. 1,25. Тираж 100 экз. Заказ № 363.

Библиотечно-издательский комплекс федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Тюменский государственный нефтегазовый университет». 625000, Тюмень, ул. Володарского, 38. Типография библиотечно-издательского комплекса. 625039, Тюмень, ул. Киевская, 52.

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Казанцева, Людмила Анатольевна, Тюмень

Учреждение Российской академии наук ИНСТИТУТ КРИОСФЕРЫ ЗЕМЛИ Сибирского отделения РАН

На правах рукописи

Казанцева Людмила Анатольевна

ОЦЕНКА ГЕОКРИЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ

СЕВЕРО-ТАЕЖНЫХ ЛАНДШАФТОВ,

НАРУШЕННЫХ ПРОТЯЖЕННЫМИ ИНЖЕНЕРНЫМИ

СИСТЕМАМИ

(НА ПРИМЕРЕ НАДЫМСКОГ О РАЙОНА)

Специальность 25.00.08 — инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение

Диссертация на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Научный руководитель: доктор географических наук

Москаленко Наталия Георгиевна

Тюмень - 2011

СО

о о со со

о см

см

СМ °

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3

ГЛАВА 1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ОЦЕНКЕ ГЕОКРИОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ЛАНДШАФТОВ ТАЕЖНОЙ ЗОНЫ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ

Современное исследование ландшафтов Западной Сибири 12

Современные наблюдения за глубиной слоя сезонного 25

оттаивания и сезонного промерзания

Использование картографического метода исследования в 26

подзоне северной тайги в пределах Надымского стационара

ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ НАДЫМСКОГО РАЙОНА 29

Из истории Надымского района 29

Климатические условия 30

Гидрография 33

Геолого-геоморфрологические условия 34

Почвы 36

Растительность 36

Геокриологические условия 43

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ МИКРОЛАНДШАФТОВ И ГЕОКРИОЛОГИЧЕСКИХ д

УСЛОВИЙ В ПРЕДЕЛАХ НАДЫМСКОГО СТАЦИОНАРА АНАЛИЗ СТРУКТУРЫ ПРИРОДНЫХ КОМПЛЕКСОВ 50 НАДЫМСКОГО РАЙОНА И ЕЕ ИЗМЕНЕНИЯ ПОД ВЛИЯНИЕМ ЛИНЕЙНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА Структура природных комплексов Надымского района и 50

природные факторы, оказывающие влияние на их формирование

Антропогенное воздействие на ландшафты при прокладке 55

газопровода Надым - Пунга

Методика исследований структуры природных комплексов в 50 естественных и нарушенных условиях

КРУПНОМАСШТАБНОЕ ОЦЕНОЧНОЕ 68

КАРТОГРАФИРОВАНИЕ ФАЦИЙ В ПОЛОСЕ ТРАССЫ ГАЗОПРОВОДА НАДЫМ-ПУНГА ЗАКЛЮЧЕНИЕ 107

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 113

1.1 1.2

1.3

ГЛАВА 2

2.1 2.2

2.3

2.4

2.5

2.6 2.7

ГЛАВА 3

ГЛАВА 4

4.1

4.2

4.3

ГЛАВА 5

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы

Важную роль в геологических работах играет исследования антропогенного воздействия человека на природную среду. В результате любого вида техногенного воздействия в природную среду поступает огромное и разнообразное количество промышленных отходов, которые изменяют ее химический состав. Впоследствии, проявляясь на разных уровнях, техногенное загрязнение изменяет видовой состав живых организмов, вплоть до их гибели.

В научной литературе, посвященной изменению геокриологических условий и ландшафтов в связи с нефтегазовым освоением севера Западной Сибири (Е. С. Мельников и др.; И. И. Мазур; В. В. Баулин; В. Т. Трофимов и др.; А. В. Павлов; В. В. Козин; Л. Н. Крицук; Г. В. Малкова; Л. И. Зотова; Н. А. Шполянская; Н. Г. Москаленко), основное внимание уделено оценкам уровней техногенного воздействия и изменению многолетнемерзлых пород (ММП) сразу после освоения территории.

В научных трудах В. В. Козина указывается, что «значение объективной и оперативной оценки экологической ситуации возрастает», так как техногенное воздействие на окружающую среду с каждым годом увеличивается. При проведении данной оценки возникают трудности, так как нет единой базы хранения и обработки, анализа информации об экологической обстановке на освоенных территориях. (Козин, 1996).

Детальное изучение пространственной изменчивости ландшафтных и

геокриологических условий проводилось в лесотундровой и тундровой зоне

Западной Сибири Н. Г. Москаленко, В. Б. Славин-Боровским и Ю. Л., Шуром

(Москаленко и др., 1978; Москаленко, 1993). Этими исследователями установлены закономерности изменения геокриологических условий и ландшафтов, устойчивость природных комплексов к техногенным воздействиям в условиях тундровой и лесотундровой зон.

Диссертационная работа посвящена развитию этих представлений на авторских материалах, полученных в северной тайге. Особое внимание уделено изучению пространственной и временной изменчивости отдельных компонентов ландшафтов (рельеф, растительность, почвы, геокриологические условия) в естественных и нарушенных условиях для обоснования достоверной оценки их устойчивости к техногенезу. При этом учитывалось, что оценка изменений геокриологических условий, ориентированная на установление долговременного состояния ландшафтов нарушаемых территорий, на прогноз развития выявленных тенденций требует проведения специальных исследований на стационарах. Фактологической базой диссертации являются данные, полученные автором на Надымском стационаре ИКЗ СО РАН в процессе полевых исследований в 2005-2009 гг.

При разработке месторождений, добыче и транспортировке газа в водоемы и в верхние слои почв попадают продукты газовой и нефтяной промышленности, которые губят ландшафты территории. В связи с тем, что водоемы северной части Западной Сибири имеют слабую степень очищения, а для района исследований характерны низкие температуры и низкая биологическая активность, они очень медленно восстанавливаются.

При освоении месторождений производится вырубка леса, а так как на территории Западной Сибири избыточная влажность и распространена многолетняя мерзлота, то интенсивно развивается процесс заболачивания.

В воздух при добыче газа поступают двуокись серы и сероводород,

которые с дождевыми водами попадают в верхние слои почвы, при этом

увеличивается кислотность почвы. В результате воздействия двуокиси серы

меняется содержание хлорофилла в лишайниках, что ведет к меньшему росту

и сокращению лишайников.

Также при освоении месторождений возводятся населенные пункты, промышленные объекты, отсыпаются площадки для их строительства, прокладки дорог и трубопроводов, в итоге происходит нарушение гидротермического режима болот, в результате чего меняется видовой состав болотной растительности. Со временем могут меняться и типы болот.

Обычно верхний слой залежи под линейными сооружениями торфяной и по своей структуре плотный, такой слой задерживает движение воды, напоминая плотину. В результате вдоль линейного сооружения появляются подтопления. При строительстве линейного сооружения на многолетне-мерзлых породах нарушается почвенно-растительный покров, что вызывает изменения в геокриологических условиях, активизируется термокарст и образуются просадки.

При прокладке трубопроводов имеет место также снятие растительности и срезание верхних почвенных горизонтов. При этом происходит полное изменение верхнего почвенного покрова. Должно пройти достаточно много времени, чтобы растительный покров восстановился. Восстановление растительности происходит медленно - сначала в местах вкрапления торфа, а потом на остальной территории.

Для предотвращения нарушений в природной среде необходимо проводить комплексные исследования территории.

Огромный интерес для экономики имеет северная часть нашей страны, площадь которой более половины всей территории страны, так как здесь находится огромное количество залежей нефти и газа. Северные районы страны уже много лет эксплуатируются для добычи сырья, но недостаточно учитывается влияние вмешательства человека на местные ландшафты. Поэтому экологическую обстановку на территории севера Западной Сибири можно считать неблагополучной. [Васильев C.B. 1973, Васильев C.B. 1996].

Цель и задачи исследования

Целью настоящей работы является - оценить пространственную и временную изменчивость геокриологических условий и микроландшафтов озерно-аллювиальных равнин северной тайги, нарушенных линейным строительством, на основе использования геоинформационных технологий.

Основными задачами для решения поставленной цели являлись:

Изучить пространственную и временную изменчивость геокриологических условий в полосе трассы газопровода Надым-Пунга и на прилегающей ненарушенной территории.

Разработать и апробировать методику крупномасштабного оценочного картографирования геосистем ранга фаций и микрофаций.

Составить крупномасштабные покомпонентные карты и литологические разрезы, отражающие долговременные изменения геокриологических условий техногенно - нарушенной территории.

- На основе составленных крупномасштабных карт и разрезов выполнить анализ изменений геосистем ранга фаций и микрофаций.

- Выявить факторы, влияющие на пространственную изменчивость сезонно-талого слоя.

Проследить влияние динамики растительного покрова и проложенного газопровода на температурный режим почв и пород.

Детальное изучение пространственной изменчивости ландшафтных и геокриологических условий проводилось в лесотундровой и тундровой зоне Западной Сибири Н.Г. Москаленко, В.Б. Славин-Боровским и Ю.Л. Шуром (Москаленко Н.Г. и др., 1978; Москаленко Н.Г. 1993/ Однако в северной тайге подобные исследования не проводились. Полагаю, что данная работа восполнит этот пробел.

Личный вклад и методы исследований

Автором подготовлена характеристика свойств региональных и

локальных геосистем района исследования, проведено крупномасштабное

оценочное картографирование, установлены закономерности изменений

геокриологических условий и микроландшафтов в результате эксплуатации и реконструкции газопровода Надым-Пунга. По материалам исследований составлены карты, построены литологические разрезы, на основе которых выявлена связь ландшафтных и гекриологических условий естественных и нарушенных геосистем северной тайги Западной Сибири.

Выявлено, что на буграх пучения снятие растительного покрова и торфяного слоя, мощностью до 0,2 м, нарушение микрорельефа привело к увеличению глубины сезонного протаивания, повышению температуры почв и пород, появлению термокарстовых просадок и озерков и к понижению кровли многолетнемерзлых пород.

Установлено, что на ненарушенных буграх пучения за период исследований глубина сезонного протаивания также увеличилась, однако не столь существенно. Температура пород на них тоже повысилась в связи с повышением температуры воздуха.

В представленной работе приведены результаты наблюдений за изменением микроландшафтов и геокриологических условий в результате строительства и эксплуатации газопровода Надым-Пунга за 2005-2009 годы.

Выполнен анализ структуры природных комплексов Надымского района и ее изменения под влиянием линейного строительства.

Проведены и представлены в работе результаты крупномасштабного оценочного картографирования фаций и микрофаций в полосе трассы газопровода Надым-Пунга.

Научная новизна работы

1. Впервые для природных комплексов ранга фаций и микрофаций северо-таежных озерно-аллювиальных равнин изучена пространственная и временная изменчивость геокриологических условий. Показано, что наиболее подвержен внешним воздействиям, как естественным, так и антропогенным, сезонно-талый слой.

2. На основе анализа закартированной структуры природных комплексов ранга фаций и микрофаций установлено упрощение пространственной структуры нарушенных геосистем и вертикальной структуры микрофитоценозов, входящих в их состав.

5. Пространственно-временные изменения геокриологических условий отражены на крупномасштабных геокриологических картах, составленных для Надымского стационара на временные срезы 1970 и 2009 г.г., позволивших выполнить количественный анализ произошедших изменений.

На защиту выносятся следующие положения:

геокриологического мониторинга для природных комплексов ранга фаций и микрофаций в условиях антропогенной трансформации среды.

2. Мощность сезонноталого слоя и его температура зависят не только от условий теплообмена на фоновой поверхности, но и от теплообмена в экотонных зонах, высококонтрастных по условиям формирования СТС: Мощность СТС в граничных условиях больше и более изменчива, чем в центральной части фации.

Практическая значимость работы

Проведенный комплексный мониторинг позволяет прогнозировать изменения в геосистемах, которые будут нарушены в результате проектируемого линейного строительства.

Публикации и апробация работы.

По теме диссертации опубликовано 11 работ, из них 1 статья в реферируемом журнале «Криосфера Земли», 1 статья в материалах международной конференции «Ninth International Conference on Permafrost», University of Alaska» in Fairbanks, 2008.

Результаты исследований и основные выводы по теме диссертации докладывались и обсуждались на 7 конференциях: на Международной конференции «Теория и практика оценки состояния криосферы земли и прогноз ее изменений» в Тюмени, 2006; Научно-производственной конференции. «Проблемы инженерно-геологического обеспечения строительства объектов нефтегазового комплекса в криолитозоне» в Москве, 2006; Всероссийской конференции с международным участием «Академическая наука и ее роль в развитии производительных сил в северных регионах России» в Архангельске, 2007; Всероссийском научно-техническом семинаре «Некрасовские чтения» в Тюмени, 2007; Международной конференции "Криогенные ресурсы полярных регионов" в Салехарде, 2007; Международной конференции «Криогенные ресурсы полярных и горных регионов. Состояние и перспективы инженерного мерзлотоведения» в Тюмени, 2008; Международной конференции «Ninth International Conference on Permafrost», University of Alaska» in Fairbanks, 2008.

«Влияние биоты на динамику криогенных ресурсов северной тайги Тюменской области» г. Тюмень, 2007 г.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения и содержит 8 таблиц, 59 рисунков. Содержание диссертации изложено на 128

страницах текста. Список использованной литературы включает 139 наименований.

Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю д.г.н. Н. Г. Москаленко за научную и методическую помощь и постоянную поддержку в работе, автор приносит благодарность академику СО РАН В. П. Мельникову за содействие на всех этапах работы, сотрудникам ИКЗ зам. дир. д.г-м.н. Д. С. Дроздову, д.г-м.н. А. А. Васильеву и д.г.-м.н. М. О. Лейбман за ценные замечания и рекомендации при подготовке диссертационной работы и выражает благодарность к.г-м.н., с.н.с. О. Е. Пономаревой, О

Информация о работе

Казанцева, Людмила Анатольевна
кандидата геолого-минералогических наук
Тюмень, 2011
ВАК 25.00.08

Диссертация

Оценка геокриологических условий северо-таежных ландшафтов, нарушенных протяженными инженерными системами - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы