Creation of an engineering-geocryological model of Western Yamal as a basis for geocryological monitoring and forecasting.

Abstract

In the unique and highly variable territories of the Arctic, average annual air temperatures have been rising over the past few decades, which affects the increase in the depth of seasonal thawing of permafrost, activates thermokarst processes, and leads to changes in the bearing capacity of soils. As a result, the tasks of developing technical solutions for the therm stabilization of foundations, geocryological and geotechnical monitoring, and engineering-geocryological forecasting of territories come to the forefront. One of the main methods for observing the temperature regime of soils is the establishment of permanent thermometric boreholes, which allow for the assessment of both annual and multi-year temperature fluctuations. Based on this principle, the State Background Monitoring System is being created in Russia. However, the state of the temperature regime of the upper layers of the cryolithozone can also be assessed through numerous temperature measurements in boreholes during engineering surveys. The presence of hundreds of measured boreholes allows for the elimination of erroneous values using statistical methods and obtaining a distribution of values across the entire studied area. The article describes methodological approaches to creating a digital model of the upper layers of the cryolithozone in Western Yamal, based on the method of matrix zoning using statistical data processing methods and regression-correlation analysis to identify dependencies between the parameters of relief, landscapes, and the geological environment. The model is based on data from engineering surveys as well as data from remote sensing methods. The proposed approach allows for a comprehensive analysis and monitoring of the state of frozen layers in the territory, as well as the identification of technological and economic complexities during the design and operation of structures. Based on the obtained data, patterns were established for the interpolation and extrapolation of engineering-geocryological conditions in areas with insufficient degrees of study. As a result, a model database was formed with characteristics necessary for conducting thermal engineering forecasts using numerical methods, on the basis of which a dynamic geoinformation model of permafrost conditions was created. The practical significance of the developed approaches lies in their versatility for application in planning activities in the cryolithozone. They can be effectively used in engineering surveys for the development of project documentation, conducting thermal engineering forecasts of soil temperatures at the design stage, as well as within the framework of geotechnical monitoring during the operation of facilities.

References

  1. Анисимов О. А., Шерстюков А. Б. Оценка роли природно-климатических факторов в изменениях криолитозоны России // Криосфера Земли. 2016. Т. 20. С. 90-99. EDN WHAVAT.
  2. Павлов А. В., Перльштейн Г. З., Типенко Г. С. Актуальные аспекты моделирования и прогноза термического состояния криолитозоны в условиях меняющегося климата // Криосфера Земли. 2010. Т. 14, № 1. С. 3-12. EDN KZYCUD.
  3. Доклад об особенностях климата на территории Российской Федерации за 2024 год. Москва, 2025. 135 с.
  4. Мельников В. П. и др. Развитие геокриологического мониторинга природных и технических объектов в криолитозоне Российской Федерации на основе систем геотехнического мониторинга топливно-энергетического комплекса // Криосфера Земли. 2022. Т. 26. № 4. С. 3-18. doi: 10.15372/KZ20220401. EDN TMLZFZ.
  5. Шполянская Н. А., Осадчая Г. Г., Малкова Г. В. Современные изменения климата и реакция криолитозоны (на примере Западной Сибири и Европейского севера России) // Географическая среда и живые системы. 2022. № 1. С. 6-29. doi: 10.18384/2712-7621-2022-1-6-30. EDN WPCGXO.
  6. Streletskiy D. A. et al. The costs of Arctic infrastructure damages due to permafrost degradation // Environmental Research Letters. 2023. Т. 18. № 1. С. 015006. doi: 10.1088/1748-9326/acab18. EDN ZHYXSQ.
  7. Брушков А. В. и др. Глобальное потепление и состояние вечной мерзлоты в России // Вестник Московского университета. Серия 4. Геология. 2024. № 6. С. 4-11. doi: 10.55959/MSU0579-9406-4-2024-63-6-4-11. EDN WPQJZW.
  8. Васильчук Ю.К. Горнопромышленные эколого-геологические системы Бованенковского и Южно-Тамбейского газоконденсатных месторождений и техногенное воздействие на них // Арктика и Антарктика. 2025. № 3. С. 58-102. doi: 10.7256/2453-8922.2025.3.74913 EDN: JWQZPX URL: https://nbpublish.com/library_read_article.php?id=74913
  9. Московченко Д. В. Особенности многолетней динамики растительности Бованенковского месторождения (полуостров Ямал) // Вестник ТюмГУ. Экология. 2013. № 12. С. 57-66. EDN SEPGZV.
  10. Никитин К.А., Комаров И.А., Мироненко М.В., Кияшко Н.В. Влияние засоленности на прогнозные оценки температуры мерзлых пород на примере полуострова Ямал // Арктика и Антарктика. 2024. № 3. С. 30-45. doi: 10.7256/2453-8922.2024.3.71279 EDN: NSSPVV URL: https://nbpublish.com/library_read_article.php?id=71279
  11. Корниенко С. Г. Характеристика антропогенных трансформаций ландшафтов в районе Бованенковского месторождения по данным спутников Landsat // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2022. Т. 19. № 2. С. 106-129. doi: 10.21046/2070-7401-2022-19-2-106-129. EDN ERYOKG.
  12. Кизяков А. И., Зимин М. В., Лейбман М. О., Правикова Н. В. Мониторинг скорости термоденудации и термоабразии на западном побережье острова Колгуев с использованием материалов космической съемки высокого разрешения // Криосфера Земли. 2013. Т. 17. № 4. С. 36-47. EDN RKNEAZ.
  13. Пупырев М. А. Дешифрирование и индикация современных экзогенных процессов в геокриологическом мониторинге криолитозоны (на примере западной части п-ова Ямал) // Вестник Тюменского государственного университета. Экология и природопользование. 2013. № 4. С. 67-75. EDN QZKOJZ.
  14. Пупырев М. А., Иванов О. Е. ГИС-анализ инженерно-геокриологических условий освоения Западного Ямала на основе приемов ландшафтной индикации // Вестник Тюменского государственного университета. 2008. № 3. С. 215-222.
  15. Баулин В. В., Аксенов В. И., Дубиков Г. И. и др. Инженерно-геологический мониторинг промыслов Ямала. В двух томах. Т. II. Геокриологические условия освоения Бованенковского месторождения. Тюмень: Институт проблем освоения Севера СО РАН, 1996. 240 с.
  16. Баулин В. В., Дубиков Г. И., Аксенов В. И. и др. Геокриологические условия Харасавэйского и Крузенштерновского газоконденсатных месторождений (полуостров Ямал). М.: ГЕОС, 2003. 180 с.
  17. Чувилин Е. М. и др. Строение и свойства пород криолитозоны южной части Бованенковского газоконденсатного месторождения. М.: ГЕОС, 2007. 137 с. EDN: QKHBJL
  18. Забродин В. Ю. Исследования по методологии геологических наук в Институте тектоники и геофизики в 70-е годы XX века // Вестник ДВО РАН. 2008. № 1. 75 лет. ДВО РАН.
  19. Дроздов Д. С. Оценка достоверности ландшафтной индикации инженерно-геокриологических условий при переходе от крупного масштаба к среднему при региональных работах в Западной Сибири // Криосфера Земли. 1997. Т. 1. № 4. С. 35-41.
  20. Гудилин И. С. Применение аерометодов при инженерно-геологических и гидрологических исследованиях: учеб. пособие для вузов по спец. "Гидрогеология и инж. геология" / под ред. И. С. Комарова. Москва: Недра, 1978. 319 с.: ил., карт.; 22 см.
  21. Ревзон А. Л., Садов А. В. Аэрокосмические методы в гидрогеологии и инженерной геологии. Москва: Недра, 1979. 223 с.
  22. Ривкин Ф. М., Иванова Н. В. Геоинформационное моделирование инженерно-геокриологических условий для сооружения систем магистральных трубопроводов // Промышленное и гражданское строительство. 2006. № 9. С. 35-43. EDN HVAZWT.
  23. РСН 67-87 Госстрой РСФСР "Инженерные изыскания для строительства, составление прогноза изменений температурного режима вечномерзлых грунтов численными методами".
  24. СП 47.13330.2016 "Инженерные изыскания для строительства. Основные положения".
  25. ГОСТ 20522-2012 "Грунты. Методы статистической обработки результатов испытаний".
  26. СП 25.13330.2020 "Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах".
  27. Кудрявцев В. А., Гарагуля Л. С., Кондратьева К. А. и др. Методика мерзлотной съемки: учеб. пособие для геол. спец. вузов / под ред. В. А. Кудрявцева. Москва: Изд-во МГУ, 1979. 358 с., 1 л. карт.: ил., карт.; 25 см.
  28. Баулин В. В. Многолетнемерзлые породы нефтегазоносных районов СССР: учеб. пособие / В. В. Баулин. Москва: Недра, 1985. 176 с.
  29. Каневский М. З., Васильев А. А., Стрелецкая И. Д. Закономерности формирования криогенного строения четвертичных отложений Западного Ямала (на примере района Марре-Сале) // Криосфера Земли. 2005. Т. IX. № 3. С. 16-27. EDN XZGLUL.
  30. Карта природных комплексов севера Западной Сибири (для целей геокриологического прогноза и планирования природоохранных мероприятий при массовом строительстве) / Под ред. Е. С. Мельникова, Н. Г. Москаленко. М., ВСЕГИНГЕО, 1991.
  31. Крицук Л. Н. Подземные льды Западной Сибири. М.: Науч. мир, 2010. 352 с. EDN QKJNAB.
  32. Слагода Е. А., Мельников В. П., Опокина О. Л. Повторноинъекционные штоки льда в отложениях Западного Ямала // Доклады РАН. 2010. Т. 432. № 2. С. 264-266.
  33. Васильчук Ю. К. Пластовые ледяные залежи в пределах Бованенковского ГКМ, Центральный Ямал // Инженерная геология. М.: ПНИИС, 2010. № 3. С. 50-67.
  34. Бутаков В. И., Слагода Е. А., Опокина О. Л., Томберг И. В., Жученко Н. А. Особенности формирования гидрохимического и микроэлементного состава разных типов подземных льдов мыса Марре-Сале // Криосфера Земли. 2020. Т. XXIV. № 5. С. 29-44. doi.org/10.21782/KZ1560-7496–2020-5(29-44). EDN HABOXX.
  35. Бутаков В.И., Слагода Е.А., Белова Н.Г., Жученко Н.А. Геохимические методы идентификации генезиса подземных льдов Центрального Ямала // Арктика и Антарктика. 2025. № 3. С. 181-198. doi: 10.7256/2453-8922.2025.3.74967 EDN: UNTGGG URL: https://nbpublish.com/library_read_article.php?id=74967
  36. Copernicus WorldDEM-30 © DLR e.V. 2010–2014 and © Airbus Defence and Space GmbH 2014–2018 provided under COPERNICUS by the European Union and ESA; all rights reserved.
  37. Bartsch A., Khairullin R., Efimova A., Widhalm B., Muri X., von Baeckmann C., Bergstedt H., Ermokhina K., Hugelius G., Heim B., Leibman M., Gruber C. Circumarctic Landcover Units (2.0) [Data set]. Zenodo. https://doi.org/10.5281/zenodo.14235736.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).