nznistuНауки о Земле и недропользованиеEarth sciences and subsoil use2686-99932686-7931Federal State Budget Educational Institution of Higher Education "Irkutsk National Research Technical University"10.21285/2686-9993-2023-46-2-160-181OBDOBCnznistu-286Research ArticleГеофизикаGeophysicsИзучение криогидрогеологических условий с помощью электромагнитных исследований методом малоглубинных зондирований становлением поля в ближней зоне на примере западной части Якутского артезианского бассейнаCryohydrogeological settings appraisal by shallow near-field TEM sounding: a case study of the western part of the Yakut artesian basinОцимикА. А.OtsimikA. A.

Оцимик Анастасия Александровна, геолог 1-й категории

г. Иркутск

Anastasia A. Otsimik, 1st Category Geologist

Irkutsk

oaa@sigma-geo.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5204-9530БуддоИ. В.BuddoI. V.

Буддо Игорь Владимирович,  кандидат геолого-минералогических наук, заместитель генерального директора по науке; заведующий Лабораторией комплексной геофизики; доцент кафедры прикладной институт «Сибирская школа геонаук»

г. Иркутск

Igor V. Buddo, Cand. Sci. (Geol. & Mineral.), Deputy Director General for Science; Head of the Laboratory of Integrated Geophysics; 

Associate Professor of the Department of Applied Geology, Geophysics and Geoinformation Systems, Siberian School of Geosciences

Irkutsk

biv@crust.irk.ruООО «СИГМА-ГЕО»; Институт земной коры СО РАН; Иркутский национальный исследовательский технический университетРоссияSIGMA-GEO LLC; Institute of the Earth's Crust SB RAS; Irkutsk National Research Technical UniversityRussian Federation202320072023462160181Copyright © Оцимик А.А., Буддо И.В., 20232023Оцимик А.А., Буддо И.В.Otsimik A.A., Buddo I.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.nznj.ru/jour/article/view/286

Сложность разведки, оценки запасов и эксплуатации месторождений подземных вод на территории Республики Саха (Якутия) (Россия) определяется разнообразием условий распространения и мощности многолетнемерзлых пород, а также строением отложений, вмещающих водоносные коллекторы. Актуальность представленного исследования связана с необходимостью научно обоснованного прогноза и поиска источников технического водоснабжения для их использования при бурении нефтяных скважин и обеспечения системы поддержания пластового давления. В статье изложены результаты обобщения материалов малоглубинных зондирований становлением поля в ближней зоне, проведенных на территории Республики Саха (Якутия) в период 2016–2022 гг. Описана методика исследований, освещены предпосылки определения в геоэлектрическом разрезе многолетнемерзлых пород, а также особенности их морфологии на территориях, расположенных вдоль западной границы Якутского артезианского бассейна, с привлечением материалов бурения 75 гидрогеологических скважин. Отмечена неравномерная геотермическая изученность района. Прослежено сокращение глубины залегания подошвы многолетнемерзлых пород с северо-востока на юго-запад от 400 до 150 м. На территории Среднеботуобинского месторождения закартировано прерывистое распространение мерзлых толщ, выявлены таликовые зоны с разной водообильностью, ряд выявленных объектов водоснабжения эксплуатируется. Картографические материалы, полученные в ходе проведенных исследований, позволили существенно детализировать строение криогидрогеологических систем ряда месторождений нефти и газа Республики Саха (Якутия). Результаты проведенных исследований имеют научно-практическое значение при прогнозе участков осложнений в ходе бурения скважин, связанных с проходкой многолетнемерзлых пород (разрушения стенок скважины, прихваты бурового инструмента, газопроявления), а также при определении участков развития межмерзлотных и подмерзлотных водоносных коллекторов и минимизации рисков бурения гидрогеологических скважин с неудовлетворительным результатом. 

The complexity of exploration, reserve estimation and development of groundwater fields in the Republic of Sakha (Yakutia) (Russia) is due to the variety of location conditions and thickness of permafrost rocks, as well as the structure of sediments containing aquifers. The relevance of the study is determined by the necessity to give a scientifically based prediction and search for the sources of technical water supply to be used in oil well drilling and provision of a reservoir pressure maintenance system. The article presents the analysis results of the materials of shallow near-field transient electromagnetic soundings carried out on the territory of the Republic of Sakha (Yakutia) in the period from 2016 to 2022. Description is given to the research methodology, conditions for determining the permafrost rocks in the geoelectric section, their morphological features in the territories located along the western border of the Yakut artesian basin with the involvement of drilling materials from 75 hydrogeological wells. The sparse geothermal knowledge of the area is noted. It was traced that the depth of the permafrost base decreases from northeast to southwest from 400 to 150 m. Within the Middle Botuoba field, discontinuous distribution of frozen strata has been mapped, talik zones with different water abundance have been identified, and a number of identified water supply facilities are operated. Cartographic materials obtained in the course of the research allowed to specify significantly the structure of cryohydrogeological systems of a number of oil and gas fields in the Republic of Sakha (Yakutia). The research results are of scientific and practical importance when predicting the areas with complicated well drilling associated with permafrost drilling (destruction of well walls, drilling tool sticking, gas shows), as well as when determining the location areas of interpermafrost and subpermafrost aquifers and minimizing the risks of drilling dry hydrogeological wells. 

мерзлотакриолитозонатермометриятемператураталикиводоснабжениекриогидрогеологические системымалоглубинные зондирования становлением поля в ближней зонеудельное электрическое сопротивлениеЯкутияpermafrostcryolithozonethermal loggingtemperaturetalikswater supplycryohydrogeological systemsshallow near-field transient electromagnetic soundingsspecific electrical resistivityYakutiaАвторы выражают глубокую благодарность кандидату технических наук Ю.А. Агафонову за всестороннюю поддержку научных начинаний, доктору геолого-минералогических наук А.Г. Вахромееву за внимание и консультационную помощь при подготовке статьи. Большой объем аналитических работ выполнен специалистами ООО «СИГМА-ГЕО» И.В. Акуловой, З.Я. Масаевой, кандидатом геолого-минералогических наук И.А. Шелоховым. Всем названным лицам авторы искренне признательны.The authors express the profound gratitude to Yu.A. Agafonov, Ph.D. for the all-round support of scientific initiatives, A.G. Vakhromeev, Dr. Sci. (Geol. & Mineral.) for attention and consulting assistance during the preparation of the article. A great amount of analytical work was carried out by the geoscientists of SIGMA-GEO LLC I.V. Akulova, Z.Ya. Masaeva, I.A. Shelokhov, Cand. Sci. (Geol. & Mineral.). The authors are sincerely grateful to all these persons.ReferencesШепелёв В.В., Павлова Н.А., Иванова Л.Д. Состояние и перспективы использования подземных вод в Якутии // Наука и техника в Якутии. 2016. № 1. С. 22–26. https://elibrary.ru/yxlgwl.Shepelev V.V., Pavlova N.A., Ivanova L.D. State and application prospects of groundwater in Yakutia. Nauka i tekhnika v Yakutii. 2016;1:22–26. (In Russ.). https://elibrary.ru/yxlgwl.Алексеев С.В. Криогидрогеологические системы Якутской алмазоносной провинции / науч. ред. Е.В. Скляров. Новосибирск: Гео, 2009. 319 с. https://elibrary.ru/qkiutb.Alekseev S.V. Cryohydrogeological systems of the Yakutsk diamondiferous province. Novosibirsk: Geo; 2009. 319 p. (In Russ.). https://elibrary.ru/qkiutb.Алексеева Л.П., Алексеев С.В. Геохимия подземных льдов, соленых вод и рассолов Западной Якутии / отв. ред. Е.В. Скляров. Новосибирск: Гео, 2019. 214 с.Alekseeva L.P., Alekseev S.V. Geochemistry of underground ice, saline waters and brines of Western Yakutia. Novosibirsk: Geo; 2019. 214 p. (In Russ.).Kotlyakov V., Khromova T. Land resources of Russia – maps of permafrost and ground ice, version 1 // National Snow and Ice Data Center Distributed Active Archive Center [Электронный ресурс]. URL: https://nsidc.org/data/ggd600/versions/1 (16.09.2022).Kotlyakov V., Khromova T. Land resources of Russia – maps of permafrost and ground ice, version 1. National Snow and Ice Data Center Distributed Active Archive Center. Available from: https://nsidc.org/data/ggd600/versions/1 [Accessed 16 September 2022].Вожов В.И., Сурнин А.И. Криолитосфера и геотермия Сибирской платформы в связи с ее нефтегазоносностью. М.: Изд-во ВИЭМС, 1983. 35 с.Vozhov V.I., Surnin A.I. Cryolithosphere and geothermy of the Siberian platform in terms of its oil and gas potential. Moscow: All-Russian Research Institute of Economics of Mineral Raw Materials and Geological Exploration; 1983. 35 p. (In Russ.).Алексеев В.Р. Притяжение мерзлой земли / отв. ред. В.В. Шепелёв. Новосибирск: Гео, 2016. 535 с.Alekseev V.R. Attraction of the frozen earth. Novosibirsk: Geo; 2016. 535 p. (In Russ.).Ефимов А.И. Температура многолетнемерзлых горных пород в окрестностях г. Мирный // Современные вопросы региональной и инженерной геокриологии (мерзлотоведения): сб. ст. М.: Наука, 1964. С. 63–83.Efimov A.I. Temperature of permafrost rocks in the vicinity of Mirny. In: Sovremennye voprosy regional'noi i inzhenernoi geokriologii (merzlotovedeniya) = Modern issues of regional and engineering geocryology (permafrost science). Moscow: Nauka; 1964, p. 63–83. (In Russ.).Белопухова Е.Б. Льдистость и температура многолетнемерзлых пород лога Хабардина // Труды Института мерзлотоведения АН СССР. М.: Изд-во АН СССР, 1961. Т. XVII. С. 58–62.Belopukhova E.B. Ice content and temperature of permafrost rocks of the Khabardin ravine. In: Trudy Instituta merzlotovedeniya AN SSSR = Proceedings of the Institute of Permafrost Science of the Academy of Sciences of the USSR. Moscow: USSR Academy of Sciences; 1961, vol. 17, p. 58–62. (In Russ.).Мощанский В.А., Мулина А.В. Некоторые данные о строении верхней части многолетнемерзлой толщи в пределах Лено-Вилюйского водораздела // Мерзлотные исследования: сб. ст. М.: Изд-во МГУ, 1961. Вып. II. С. 115–128.Moshchanskii V.A., Mulina A.V. Some data on the structure of the upper part of the permafrost within the Lena-Vilyui watershed. In: Merzlotnye issledovaniya = Permafrost studies. Moscow: Lomonosov Moscow State University; 1961, iss. 2, p. 115–128. (In Russ.).Геокриология СССР. Восточная Cибирь и Дальний Восток / под ред. Э.Д. Ершова. М.: Недра, 1989. 515 с.Ershov E.D. Geocryology of the USSR. Eastern Siberia and the Far East. Moscow: Nedra; 1989. 515 p. (In Russ.).Девяткин В.Н. Тепловой поток криолитозоны Сибири (методика и результаты изучения). Новосибирск: Наука, 1993. 162 с.Devyatkin V.N. Heat flow of the Siberian permafrost zone (methodology and study results). Novosibirsk: Nauka; 1993. 162 p. (In Russ.).Девяткин В.Н. Результаты определения глубинного теплового потока на территории Якутии // Региональные и тематические геокриологические исследования: сб. ст. Новосибирск: Наука, 1975. С. 148–150.Devyatkin V.N. Determination results of deep heat flow in Yakutia. In: Regional'nye i tematicheskie geokriologicheskie issledovaniya = Regional and thematic geocryological studies. Novosibirsk: Nauka; 1975, p. 148–150. (In Russ.).Девяткин В.Н., Гаврильев Р.И. Геотермия вмещающих пород карьера Мир (Западная Якутия) // Строение и тепловой режим мерзлых пород: сб. ст. Новосибирск: Наука, 1981. С. 76–79.Devyatkin V.N., Gavril'ev R.I. Geothermy of host rocks of Mir open pit (Western Yakutia). In: Stroenie i teplovoi rezhim merzlykh porod = Structure and thermal regime of frozen rocks. Novosibirsk: Nauka; 1981, p. 76–79. (In Russ.).Балобаев В.Т., Девяткин В.Н. Мерзлотно-геотермические условия Западной Якутии в связи с ее нефтегазоносностью // Гидрогеология нефтегазоносных областей Сибирской платформы: сб. науч. тр. Новосибирск: Изд-во СНИИГГиМС, 1982. С. 18–28.Balobaev V.T., Devyatkin V.N. Permafrost and geothermal conditions of Western Yakutia in connection with its oil and gas potential. In: Gidrogeologiya neftegazonosnykh oblastei Sibirskoi platform = Hydrogeology of oil and gas bearing regions of the Siberian platform. Novosibirsk: Siberian Research Institute of Geology, Geophysics and Mineral Resources; 1982, p. 18–28. (In Russ.).Теплофизические исследования криолитозоны Сибири / отв. ред. А.В. Павлов. Новосибирск: Наука, 1983. 214 с.Pavlov A.V. Thermophysical studies of Siberian permafrost zone. Novosibirsk: Nauka; 1983. 214 p. (In Russ.).Климовский И.В., Готовцев С.П. О природе аномалий температуры мерзлых толщ в Западной Якутии // Региональные геокриологические исследования в Восточной Азии: сб. науч. тр. Якутск: Изд-во ИМЗ СО АН СССР, 1983. С. 54–65.Klimovskii I.V., Gotovtsev S.P. On the nature of frozen strata temperature anomalies in Western Yakutia. In: Regional'nye geokriologicheskie issledovaniya v Vostoch- noi Azii = Regional geocryological studies in East Asia. Yakutsk: Permafrost Institute SB RAS; 1983, p. 54–65. (In Russ.).Климовский И.В., Готовцев С.П. Криолитозона Якутской алмазоносной провинции. Новосибирск: Наука, 1994. 165 с.Klimovskii I.V., Gotovtsev S.P. Cryolithozone of the Yakutsk diamondiferous province. Novosibirsk: Nauka; 1994. 165 p. (In Russ.).Мельникановицкий И.М., Ряполова В.А., Хордикайнен М.А. Методика геофизических исследований при поисках и разведке месторождений пресных вод / под ред. А.А. Огильви. М.: Недра, 1982. 239 с.Mel'nikanovitskii I.M., Ryapolova V.A., Khordikainen M.A. Methods of geophysical research in prospecting and exploration of fresh water deposits. Moscow: Nedra; 1982. 239 p. (In Russ.).Буддо И.В., Поспеев А.В. Прецизионная инверсия данных ЗСБ при поисках нефти и газа на юге Сибирской платформы: монография. Иркутск: Изд-во ИГУ, 2019. 149 с. https://elibrary.ru/myykuc.Buddo I.V., Pospeev A.V. Precision inversion of the near field transient EM sounding data in oil and gas exploration in the south of the Siberian Platform: monograph. Irkutsk: Irkutsk State University; 2019. 149 p. (In Russ.). https://elibrary.ru/myykuc.Reynolds J.M. An introduction to applied and environmental geophysics. Chichester: John Wiley and Sons Ltd., 1997. 796 p.Reynolds J.M. An introduction to applied and environmental geophysics. Chichester: John Wiley and Sons Ltd., 1997. 796 p.Валеев Р.Р., Колесников Д.В., Буддо И.В., Ильин А.И., Аксеновская А.А., Черкасов Н.А., Агафонов Ю.А., Гринченко В.А. Подход к решению проблемы дефицита воды для системы поддержания пластового давления нефтяных месторождений Восточной Сибири (на примере Среднеботуобинского НГКМ) // Геология, геофизика и разработка нефтяных и газовых месторождений. 2019. № 1. С. 55–67. https://elibrary.ru/ytnxjz, https://doi.org/10.30713/2413-5011-2019-1-55-67.Valeev R.R., Kolesnikov D.V., Buddo I.V., Ilyin A.I., Aksenovskaya A.A., Cherkasov N.A., Agafonov Yu.A., Grinchenko V.A. An approach to the water shortage problem solution for a reservoir pressure maintenance of oil fields in the Eastern Siberia (on the example of Srednebotuobinsky oil and gas-condensate field). Geologiya, geofizika i razrabotka neftyanykh i gazovykh mestorozhdenii = Geology, geophysics and development of oil and gas fields. 2019;1:55-67. (In Russ.). https://elibrary.ru/ytnxjz, https://doi.org/10.30713/2413-5011-2019-1-55-67.Кожевников Н.О., Антонов Е.Ю. Импульсная индуктивная электроразведка поляризующихся сред // Геофизический журнал. 2009. Т. 31. № 4. С. 104–118.Kozhevnikov N.O., Antonov E.Yu. Pulsed inductive electrical exploration of polarizing media. Geofizicheskii zhurnal. 2009;31(4):104-118. (In Russ.).Стогний В.В. Импульсная индуктивная электроразведка таликов криолитозоны Центральной Якутии / отв. ред. Г.М. Тригубович. Якутск, 2003. 123 с. https://elibrary.ru/qkehjx.Stognii V.V. Pulsed inductive electrical exploration of permafrost zone taliks in Central Yakutia. Yakutsk; 2003. 123 p. (In Russ.). https://elibrary.ru/qkehjx.Балобаев В.Т., Голубев В.А., Девяткин В.Н., Дорофеева Р.П., Дучков А.Д., Зорин Ю.А. [и др.]. Труды института геологии и геофизики. Вып. 681. Тепловое поле недр Сибири / отв. ред. Э.Э. Фотиади. Новосибирск: Наука, 1987. 200 с.Balobaev V.T., Golubev V.A., Devyatkin V.N., Dorofeeva R.P., Duchkov A.D., Zorin Yu.A., et al. Proceedings of the Institute of Geology and Geophysics. Issue. 681. Thermal field of Siberian bowels. Novosibirsk: Nauka; 1987. 200 p. (In Russ.).Medvedkov A., Vysotskaya A., Olchev A. Detection of geocryological conditions in boreal landscapes of the southern cryolithozone using thermal infrared remote sensing data: a case study of the northern part of the Yenisei Ridge // Remote Sens. 2023. Vol. 15. Iss. 2. P. 291. https://doi.org/10.3390/rs15020291.Medvedkov A., Vysotskaya A., Olchev A. Detection of geocryological conditions in boreal landscapes of the southern cryolithozone using thermal infrared remote sensing data: a case study of the northern part of the Yenisei Ridge. Remote Sens. 2023;15(2):291. https://doi.org/10.3390/rs15020291.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.