Георадарные исследования выявили опускание кровли многолетней мерзлоты в дельте Печоры на 1,3 м за шесть лет

Российские исследователи установили, что за шесть лет средняя глубина залегания кровли многолетнемёрзлых пород на участке в дельте реки Печоры увеличилась на 1,3 ± 0,2 м. Изменения зафиксированы по результатам повторных георадиолокационных исследований, выполненных в 2018 и 2024 годах. Средняя скорость углубления кровли мерзлоты составила около 20 см в год. Работа показала, что сочетание георадарного профилирования и многократного зондирования может использоваться для контроля деградации мерзлоты без масштабного нарушения грунтового массива буровыми работами.

Результаты опубликованы в третьем номере журнала «Криосфера Земли» за 2026 год. Исследование выполнили специалисты Института криосферы Земли Тюменского научного центра СО РАН, геологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова и НИУ ВШЭ.

Работа проводилась на площадке циркумполярного мониторинга CALM R24A-2 «Кумжа», расположенной в Ненецком автономном округе, приблизительно в 70 км севернее Нарьян-Мара. Размеры исследуемого участка составляют 100 × 70 м. Наблюдения здесь ведутся с 2015 года.

Район характеризуется островным распространением многолетнемёрзлых пород. В отличие от территорий со сплошной мерзлотой, здесь мерзлые массивы могут чередоваться с талыми участками и таликами. Такое строение усложняет пространственную интерпретацию инженерно-геокриологических данных и требует более детального исследования границ мерзлых и талых грунтов.

Особенность площадки «Кумжа» заключается в сравнительно глубоком положении кровли многолетнемёрзлых пород. На отдельных участках она располагается глубже 3–4 м, поэтому обычное механическое зондирование криологическим щупом, применяемое для определения мощности сезонно-талого слоя, оказывается недостаточно эффективным.

Для исследования глубинного положения мерзлой толщи учёные использовали георадиолокацию — геофизический метод, основанный на регистрации электромагнитных волн, отражённых от границ сред с различающимися диэлектрическими свойствами.

Различия между мерзлыми и талыми грунтами связаны прежде всего с состоянием содержащейся в них воды. Жидкая вода и лёд обладают существенно различающимися диэлектрическими характеристиками. Поэтому граница между мерзлой и талой частью разреза при благоприятных условиях может создавать достаточно выраженное отражение георадарного сигнала.

Однако непосредственное определение глубины по времени прихода отражённой волны требует знания скорости её распространения в исследуемом грунтовом массиве.

Именно здесь возникает одна из основных методических проблем.

Скорость электромагнитной волны зависит от диэлектрической проницаемости среды, на которую влияют влажность, литологический состав и фазовое состояние воды. Если при обработке георадарного профиля использовать одно усреднённое значение скорости для всей площадки, можно получить искажённое положение отражающих границ.

Исследователи решили эту задачу путём сочетания георадиолокационного профилирования и специальных измерений для определения скорости распространения электромагнитных волн.

Для прослеживания кровли мерзлоты применялась антенна с центральной частотой 300 МГц. Георадарное профилирование позволяло получать непрерывное представление об изменении положения отражающих границ вдоль исследовательских линий.

Для определения скоростных характеристик использовались дипольные антенны частотой 150 МГц. Измерения выполнялись по схемам с изменяемым расстоянием между источником и приёмником, включая методики общего пункта возбуждения и общей глубинной точки.

Такой подход позволяет оценивать скорость электромагнитной волны по результатам измерений при разных разносах антенн, а затем использовать полученные значения при пересчёте временных георадарных разрезов в глубинные.

По опубликованным материалам исследований площадки «Кумжа», скоростное зондирование проводилось в 88 точках с шагом 10 м. Комплексные измерения обеспечили возможность построения пространственной модели кровли мерзлоты и сопоставления её положения в разные годы.

Георадиолокационная съёмка выполнялась с использованием георадара «Зонд-12е». При обработке материалов учитывались особенности распространения сигнала в грунтах и различия скоростей электромагнитных волн по площади исследования.

На основании полученных данных специалисты построили временные и глубинные разрезы, а также карты положения кровли многолетнемёрзлых пород.

Сопоставление результатов 2018 и 2024 годов показало устойчивую тенденцию к увеличению глубины залегания мерзлой толщи.

За шестилетний период средняя глубина кровли многолетнемёрзлых пород увеличилась на 1,3 ± 0,2 м. В пересчёте на год это соответствует среднему изменению около 20 см.

Важно отметить, что речь идёт именно об изменении глубины положения кровли мерзлоты, а не об осадке земной поверхности на 1,3 м.

Углубление кровли свидетельствует об увеличении мощности талой части грунтового разреза и деградации мерзлого массива. Однако само по себе оно не позволяет определить величину деформаций основания сооружения без дополнительных сведений о льдистости, сжимаемости грунтов и изменении напряжённого состояния.

Полученные результаты также не означают, что во всех районах дельты Печоры многолетняя мерзлота деградирует с одинаковой скоростью. Показатель относится к конкретной мониторинговой площадке и исследованному временному интервалу.

Для инженерной геологии и геотехники ценность работы заключается не только в зафиксированной величине изменения кровли мерзлоты, но и в подтверждении эффективности комплексной методики наблюдений.

Традиционный мониторинг температурного состояния грунтов преимущественно опирается на термометрические скважины. Они позволяют регистрировать изменение температуры по глубине, однако информация, полученная в отдельной скважине, не всегда характеризует пространственную неоднородность мерзлотного массива.

Георадиолокация предоставляет возможность исследовать изменение положения границ мерзлых и талых грунтов между точками наблюдений.

Совместное использование геофизических измерений и термометрических данных может повысить информативность мониторинга, особенно в районах островной мерзлоты, где положение кровли существенно меняется на сравнительно небольших расстояниях.

Другим преимуществом метода является возможность повторного проведения измерений на одних и тех же профилях.

Это позволяет формировать временные ряды, отслеживать направление изменения границ и оценивать пространственную неоднородность деградации мерзлоты.

Вместе с тем применение георадара имеет ограничения. Эффективность метода зависит от электрофизических свойств грунтов, их влажности и электропроводности. В средах с сильным затуханием электромагнитных волн глубина исследования может существенно уменьшаться.

Поэтому применение георадиолокации для инженерных изысканий требует предварительной оценки условий площадки, выбора частотного диапазона и сопоставления результатов с независимыми геологическими и геофизическими данными.

Особенно важным элементом является определение скорости распространения электромагнитного сигнала непосредственно на исследуемом участке.

Использованная авторами методика сочетания профилирования и зондирования направлена как раз на уменьшение неопределённости, возникающей при пересчёте временных измерений в глубинные.

Результаты исследования могут использоваться при проверке и совершенствовании математических моделей развития многолетнемёрзлых грунтов.

Для прогнозирования температурного состояния основания недостаточно знать только текущую глубину кровли мерзлоты. Необходимо оценивать динамику изменения температурного поля, особенности теплообмена с атмосферой, состояние снежного покрова и влияние гидрогеологических условий.

Многолетние повторные измерения позволяют сопоставлять расчётные прогнозы с фактическим изменением положения мерзлотной границы.

Подобные данные имеют значение для инженерного освоения территорий с островной и прерывистой мерзлотой, где деградация мерзлых грунтов способна влиять на выбор фундаментов, инженерную подготовку площадок и долгосрочную устойчивость сооружений.

Особое значение результаты могут иметь при планировании линейной инфраструктуры и других протяжённых объектов, пересекающих участки с неоднородными геокриологическими условиями.

При этом региональное проектирование требует самостоятельных инженерно-геологических изысканий: данные мониторинговой площадки «Кумжа» не могут напрямую заменять исследование конкретного строительного участка.

Основной результат работы российских учёных заключается в количественном подтверждении деградации островной мерзлоты в дельте Печоры и демонстрации возможностей повторной георадиолокации для наблюдения за её развитием.

Зафиксированное увеличение глубины кровли мерзлоты на 1,3 м за шесть лет показывает необходимость учитывать не только современное состояние криолитозоны, но и динамику её изменения при проектировании и эксплуатации сооружений в северных регионах.