В статье анализируются закономерности криогенного метаморфизма засоленных многолетнемерзлых пород (ММП) и криопэгов п-ова Ямал. Актуальность исследования определяется ведущей ролью физико-химических реакций при промерзании поровых растворов и криопэгов в формировании свойств пород. Обобщены материалы многолетних исследований распространения и химического состава засоленных пород и криопэгов п-ова Ямал. С помощью численных методов изучены закономерности криогенного метаморфизма в породах различного генезиса и засоления. Термодинамическое и математическое моделирование преобразования фазового и химического состава засоленных ММП и криопэгов в диапазоне отрицательных значений температуры выполнено в программе Freezbrine, основанной на аппарате классической и статистической термодинамики. По результатам моделирования выявлена стадийность процесса метаморфизма, зависящая от степени засоленности, водно-ионного состава и концентрации поровых растворов и криопэгов. При степени засоленности пород выше 10% и значении концентрации
порового раствора до 150 г/л процесс криогенного метаморфизма протекает в криопэгах и засоленных ММП аллювиального и морского генезиса аналогично. Выделена четвертая стадия криогенного метаморфизма, связанная с наличием бикарбонатов и характеризующаяся выпадением гидрогалита и увеличением концентрации сульфат-иона в процессе промерзания. Отмеченные особенности могут служить основой для разработки научных рекомендаций и региональных нормативных документов применительно к засоленным породам п-ова Ямал. Выявленные закономерности изменений свойств засоленных ММП и криопэгов в результате криогенного метаморфизма способствуют сокращению величины запаса прочности при проектировании грунтовых оснований, избежанию развития опасных природных процессов в ходе строительства и эксплуатации объектов и сооружений.

1. Аксенов В.И., 2008. Засоленные мерзлые грунты арктического побережья как основание сооружений. Все о мире строительства, Москва.
2. Алексеев С.В., 2009. Криогидрологические системы Якутской алмазоносной провинции. ГЕО, Новосибирск.
3. Баду Ю.Б., Подборный Е.Е., 2013. Засоленность грунтов. В кн. под ред. Ю.Б. Баду, Н.А. Гафарова, Е.Е. Подборного, Криосфера нефтегазоконденсатных месторождений полуострова Ямал. Том 2. Криосфера Бованенковского нефтегазоконденсатного месторождения. Изд-во ООО «Газпром Экспо», Москва, с. 326–336.
4. Брушков А.В., 1998. Засоленные мерзлые породы Арктического побережья, их происхождение и свойства. Изд-во МГУ, Москва.
5. Буданцева Н.А., Баду Ю.Б., Васильчук Ю.К., Подборный Е.Е., 2006. Засоленность грунтов. В кн. под ред. Ю.К. Васильчука,
Г.В. Крылова, Е.Е. Подборного, Криосфера нефтегазоконденсатных месторождений полуострова Ямал. Том 1. Криосфера
Харасавейского газоконденсатного месторождения. Недра, Тюмень — Санкт-Петербург, с. 134–159.
6. Васильчук Ю.К., Буданцева Н.А., 2006. Криопэги. В кн. под ред. Ю.К. Васильчука, Г.В. Крылова, Е.Е. Подборного, Криосфера
нефтегазоконденсатных месторождений полуострова Ямал. Том 1. Криосфера Харасавейского газоконденсатного месторождения. Недра, Тюмень — Санкт-Петербург, с. 230–235.
7. Волков Н.Г., Комаров И.А., Мироненко М.В., Фотиев С.М., 2005. Методики оценки температуры формирования ионно-солевого состава криопэгов. Криосфера Земли, Том IХ, № 4, с. 54–61.
8. Гиттерман К.Э., 1937. Термический анализ морской воды (концентрирование соляных растворов естественным вымораживанием). Труды Соляной лаборатории АН СССР, Вып. 15, Часть 1. Изд-во АН СССР, Москва, с. 5–23.
9. Дубиков Г.И., 1986. Закономерности распределения засоленности в мерзлых морских отложениях. В сб. статей под ред.
Т.Н. Каплиной, Формирование мерзлых пород и прогноз криогенных процессов. Наука, Москва, с. 14–27.
10. Дубиков Г.И., 2002. Состав и криогенное строение мерзлых толщ Западной Сибири. ГЕОС, Москва.
11. Дубиков Г.И., Иванова Н.В., 1990. Засоленные мерзлые грунты и их распространение на территории СССР. В сб. статей под ред. С.С. Вялова, Засоленные мерзлые грунты как основания сооружений. Наука, Москва, с. 3–9.
12. Дубиков Г.И., Иванова Н.В., 1987. Природа засоленности мерзлых грунтов Западной Сибири. В сб. статей под ред.
Н.С. Даниловой, Т.Ф. Ивановой, Исследования мерзлых грунтов в районах освоения. Стройиздат, Москва, с. 3–13.
13. Дубиков Г.И., Иванова Н.В., Зыков Ю.Д., Червинская О.П., Красовский А.Г., 1999. Засоление прибрежных отложений и их
коррозионная агрессивность. Криосфера Земли, Том III, № 1, с. 43–51.
14. Дубиков Г.И., Иванова Н.В., Стрелецкая И.Д., 1996. Засоленность мерзлых грунтов и криопэги. В кн. под ред. В.В. Баулина,
Инженерно-геологический мониторинг промыслов Ямала. Том 2. Геокриологические условия освоения Бованенковского
месторождения. Изд-во Института проблем освоения Севера, Тюмень, с. 27–37.
15. Иванов А.В., 1998. Криогенная метаморфизация химического состава природных льдов, замерзающих и талых вод. Дальнаука, Хабаровск.
16. Иванов А.В., Власов Н.А., 1968. О составе грунтовых вод водосборных площадей минеральных озер Восточного Забайкалья. Вопросы геологии Прибайкалья и Забайкалья, Материалы к Третьей научной конференции геологической секции имени В.А. Обручева Забайкальского отделения Географического общества СССР, Вып. 3, № 5, Чита, 1968, с. 180–182.
17. Иванова Н.В., 2003. Засоленность мерзлых грунтов. Криопэги. В кн. под ред. В.В. Баулина, Геокриологические условия
Харасавэйского и Крузенштерновского газоконденсатных месторождений (полуостров Ямал). ГЕОС, Москва, с. 83–92.
18. Комаров И.А., Волков Н.Г., 2007. Методика прогноза температурного и водно-ионного составов засоленных пород и криопэгов. В сб. статей Проблемы строительства на засоленных грунтах. Эпоха, Москва, с. 147–183.
19. Комаров И.А., Мироненко М.В., 2010. Моделирование водно-ионного состава засоленных мерзлых пород и криопэгов при изменение термобарических условий. В сб. статей Актуальные направления развития прикладной математики в энергетике, энергоэффективности и информационно-коммуникационных технологиях, Москва, 2010, с. 23–29.
20. Комаров И.А., Мироненко М.В., Кияшко Н.В., 2012. Совершенствование нормативной базы по расчетной оценке
теплофизических свойств засоленных пород и криопэгов. Основания, фундаменты и механика грунтов, № 2, с. 25–30.
21. Кононова Р.С., Неизвестнов Я.В., Толстихин Н.И., Толстихин О.Н., 1971. Криопэги — отрицательнотемпературные воды Земли. В сб. статей Мерзлотные исследования, Вып. XI. Изд-во Московского университета, Москва, с. 75–88.
22. Крицук Л.Н., 2010. Подземные льды Западной Сибири. Научный мир, Москва.
23. Ланге О.К., 1933. Краткий курс общей гидрогеологии. Государственное научно-техническое горно-геолого-нефтяное издательство, Москва.
24. Мироненко М.В., Поляков В.Б., 2009. Об алгоритме расчета равновесного состава водно-солевых систем на основе модели Питцера. Геохимия, № 10, с. 1103–1107.
25. Паренкина О.Л., Подборный Е.Е., 2013. Криопэги. В кн. под ред. Ю.Б. Баду, Н.А. Гафарова, Е.Е. Подборного, Криосфера
нефтегазоконденсатных месторождений полуострова Ямал. Том 2. Криосфера Бованенковского нефтегазоконденсатного месторождения. Изд-во ООО «Газпром Экспо», Москва, с. 337–353.
26. Питцер К.С., 1992. Термодинамическая модель плотных водных растворов. В кн. под ред. И. Кармайкла, Х. Ойгстера,
Термодинамическое моделирование в геологии: минералы, флюиды и расплавы, пер. с англ. Мир, Москва, с. 110–153.
27. Савельев Б.А., 1971. Физика, химия и строение природных льдов и мерзлых пород. Изд-во МГУ, Москва.
28. Стрелецкая И.Д., 1991. Закономерности распространения и формирования засоленных мерзлых грунтов и криопэгов севера Западного Ямала (на примере Бованенковского ГКМ). Автореф. дис. … канд. геол.-мин. наук, Производственный и научно-исследовательский институт по инженерным изысканиям в строительстве, Москва.
29. Толстихин Н.И., Толстихин О.Н., 1976. Природные воды Земли и криосфера. В сб. статей Вопросы криологии Земли. Наука, Москва, с. 11–22.
30. Трофимов В.Т., Баду Ю.Б., Кудряшов В.Г., Фирсов Н.Г., 1975. Полуостров Ямал (инженерно-геологический очерк). Изд-во
Московского университета, Москва.
31. Фотиев С.М., 1999. Закономерности формирования ионно-солевого состава природных вод Ямала. Криосфера Земли, Том III, № 2, с. 40–65.
32. Фотиев С.М., 2009. Криогенный метаморфизм пород и подземных вод (условия и результаты). ГЕО, Новосибирск.
33. Marion G.M., 2001. Carbonate mineral solubility at low temperatures in the Na-K-Mg-Ca-H-Cl-SO4-OH-HCO3-CO3-CO2-H2O
system. Geochimica et Cosmochimica Acta, Vol. 65, Issue 12, pp. 1883–1896, https://doi.org/10.1016/S0016-7037(00)00588-3.
34. Marion G.M., 2002. A molal-based model for strong acid chemistry at low temperatures (< 200 to 298 K). Geochimica et Cosmochimica Acta, Vol. 66, Issue 14, pp. 2499–2516, https://doi.org/10.1016/S0016-7037(02)00857-8. 35. Marion G.M., Mironenko M.V., Roberts M.W., 2009. FREZCHEM: a geochemical model for cold aqueous solutions. Computers and Geosciences, Vol. 36, Issue 1, pp. 10–15, https://doi.org/10.1016/j.cageo.2009.06.004. 36. Mironenko M.V., Grant S.A., Marion G.M., Farren R.E., 1997. A chemical thermodynamyc model for electrolyte solutions at subzero temperatures «FREZCHEM2». U.S. Army Cold Regions Research and Engineering Laboratory, Report No. 97–5. URL: https://permanent.fdlp.gov/websites/armymil/www.crrel.usace.army.mil/techpub/CRREL_Reports/reports/cr97_05.pdf (дата обращения: 18.02.2024). 37. Nelson K.H., Thompson T.G., 1954. Deposition of salts from sea water by frigid concentration. Journal of Marine Research, Vol. 13, No. 2, pp. 166–182. 38. Ringer W.W., 1906. Changes in the composition of sea water salts during freezing. Chemical Weenblad, Vol. 3, pp. 233–249.

КОМАРОВ И.А.*
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, г. Москва, Россия, ilya_komarov@mail.ru
Адрес: Ленинские горы, д. 1, г. Москва, 119991, Россия
КИЯШКО Н.В.
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, г. Москва, Россия, nadin130187@mail.ru
МИРОНЕНКО М.В.
Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН, г. Москва, Россия, mikhail_mironenk@mail.ru
Адрес: ул. Косыгина, д. 19, г. Москва, 119991, Россия
НИКИТИН К.А.
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, г. Москва, Россия, nikitin.kirill@yandex.ru
ЛАТЫПОВА А.Э.
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, г. Москва, Россия, moskazlist@gmail.com

The paper analyzes the regularities of cryogenic metamorphism of saline permafrost and cryopegs of the Yamal Peninsula. The relevance of the study is determined by the leading role of physical and chemical reactions during freezing of pore solutions and cryopegs in the formation of soil properties. The materials of long-term studies of the distribution and chemical composition of saline soils and cryopegs of the Yamal Peninsula are summarized. Regularities of cryogenic metamorphism in soils of different genesis and salinity are studied using numerical methods. Thermodynamic and mathematical modeling of the transformation of phase and chemical composition of saline permafrost and cryopegs in the range of negative temperature values was performed in the Freezbrine software based on the apparatus of classical and statistical thermodynamics. The modeling results revealed the stage of metamorphism process depending on the degree of salinity, waterionic composition, and concentration of pore solutions and cryopegs. The process of cryogenic metamorphism proceeds similarly in cryopegs and saline permafrost of alluvial and marine genesis at the degree of rock salinity above 10% and pore solution concentration up to 150 g/l. The fourth stage of cryogenic metamorphism associated with the presence of bicarbonates and characterized by the accumulation of hydrohalite and an increase in the concentration of sulfate ion during freezing was identified. These features can serve as a basis for the development of scientific recommendations and regional regulatory documents for saline soils of the Yamal Peninsula. The revealed regularities of changes in the properties of saline permafrost and cryopegs as a result of cryogenic metamorphism contribute to the reduction of the strength reserve value when designing soil foundations, avoiding the development of dangerous natural processes during the construction and operation of facilities and structures.

1. Aksenov V.I., 2008. Saline frozen soils of the Arctic coast as a foundation for construction. Vse o mire stroitelstva, Moscow.
(in Russian)
2. Alekseev S.V., 2009. Cryohydrological systems of the Yakutia diamondiferous province. GEO, Novosibirsk. (in Russian)
3. Badu Yu.B., Podbornyy E.E., 2013. Ground salinity. In Yu.B. Badu, N.A. Gafarov, E.E. Podbornyy (eds), Cryosphere of oil and gas
condensate fields of the Yamal Peninsula. Vol. 2. Cryosphere of the Bovanenkovo oil and gas condensate field. Publishing house of the Gazprom Expo LLC, Moscow, pp. 326–336. (in Russian)
4. Brushkov A.V., 1998. Saline frozen soils of the Arctic coast, their origin and properties. Publishing house of the Moscow State University, Moscow. (in Russian)
5. Budantseva N.A., Badu Yu.B., Vasilchuk Yu.K., Podbornyy E.E., 2006. Ground salinity. In Yu.K. Vasilchuk, G.V. Krylov, E.E. Podbornyy
(eds), Cryosphere of oil and gas condensate fields of the Yamal Peninsula. Vol. 1. Cryosphere of the Kharasavey gas condensate field. Nedra, Tyumen — Saint Petersburg, pp. 134–159. (in Russian)
6. Vasilchuk Yu.K., Budantseva N.A., 2006. Cryopegs. In Yu.K. Vasilchuk, G.V. Krylov, E.E. Podbornyy (eds), Cryosphere of oil and gas
condensate fields of the Yamal Peninsula. Vol. 1. Cryosphere of the Kharasavey gas condensate field. Nedra, Tyumen — Saint Petersburg, pp. 230–235. (in Russian)
7. Volkov N.G., Komarov I.A., Mironenko M.V., Fotiev S.M., 2005. Methods for estimating ionic-salt composition formation temperature of cryopegs. Kriosfera Zemli, Vol. IХ, No. 4, pp. 54–61. (in Russian)
8. Gitterman K.E., 1937. Thermal analysis of sea water (concentration of salt solutions by natural freezing). Transactions of the Salt
Laboratory, USSR Academy of Sciences, Issue 15, Part 1. Publishing house of the USSR Academy of Sciences, Moscow, pp. 5–23.
(in Russian)
9. Dubikov G.I., 1986. Patterns of salinity distribution in frozen marine sediments. In collection of papers T.N. Kaplina (ed.), Formation of frozen soils and forecast of cryogenic processes. Nauka, Moscow, pp. 14–27. (in Russian)
10. Dubikov G.I., 2002. Composition and cryogenic structure of Western Siberia permafrost. GEOS, Moscow. (in Russian)
11. Dubikov G.I., Ivanova N.V., 1990. Saline frozen soils and their distribution on the territory of the USSR. In collection of papers
S.S. Vyalov (ed.), Saline frozen soils as a foundation for construction. Nauka, Moscow, pp. 3–9. (in Russian)
12. Dubikov G.I., Ivanova N.V., 1987. Genesis of salinity of frozen soils in Western Siberia. In collection of papers N.S. Danilova,
T.F. Ivanova (eds), Research of frozen soils in development areas. Stroyizdat, Moscow, pp. 3–13. (in Russian)
13. Dubikov G.I., Ivanova N.V., Zykov Yu.D., Chervinskaya O.P., Krasovskiy A.G., 1999. Saline coastal deposits and their corrosiveness.
Kriosfera Zemli, Vol. III, No. 1, pp. 43–51. (in Russian)
14. Dubikov G.I., Ivanova N.V., Streletskaya I.D., 1996. Salinity of frozen ground and cryopegs. In V.V. Baulin (ed.), Engineering-geological monitoring of Yamal fields. Vol. 2. Geocryological conditions for the development of the Bovanenkovo field. Publishing house of the Institute of Northern Development Problems, Tyumen, pp. 27–37. (in Russian)
15. Ivanov A.V., 1998. Cryogenic metamorphism of the chemical composition of natural ice, freezing and melt water. Dalnauka, Khabarovsk. (in Russian)
16. Ivanov A.V., Vlasov N.A., 1968. On the composition of groundwater in the drainage areas of mineral lakes in Vostochnoe Zabajkale. Issues of geology of the Baikal and Zabajkale regions, Materials for the 3rd scientific Conference of the geological section named after
V.A. Obruchev, Zabajkale Branch, Geographical Society of the USSR, Vol. 3, No. 5, Chita, pp. 180–182. (in Russian)
17. Ivanova N.V., 2003. Salinity of frozen ground. Cryopegs. In V.V. Baulin (ed.), Geocryological conditions of the Kharasavey and
Kruzenshternovsky gas condensate fields (Yamal Peninsula). GEOS, Moscow, pp. 83–92. (in Russian)
18. Komarov I.A., Volkov N.G., 2007. Methodology for predicting the temperature and water-ion composition of saline soils and cryopegs. In collection of papers Problems of construction on saline soils. Epokha, Moscow, pp. 147–183. (in Russian)
19. Komarov I.A., Mironenko M.V., 2010. Modeling the water-ion composition of saline permafrost and cryopegs with changing thermobaric conditions. In collection of papers Current trends in the development of applied mathematics in energy, energy efficiency and information and communication technologies, Moscow, 2010, pp. 23–29. (in Russian)
20. Komarov I.A., Mironenko M.V., Kiyashko N.V., 2012. Improvement of the regulatory framework for the calculation of the
thermophysical properties of saline soils and cryopegs. Osnovaniya, fundamenty i mekhanika gruntov, No. 2, pp. 25–30. (in Russian)
21. Kononova R.S., Neizvestnov Ya.V., Tolstikhin N.I., Tolstikhin O.N., 1971. Cryopegs — negative temperature waters of the Earth. In
collection of papers Permafrost research, Issue XI. Publishing house of the Moscow State University, Moscow, pp. 75–88. (in Russian)
22. Kritsuk L.N., 2010. Ground ice of West Siberia. Nauchnyy mir, Moscow. (in Russian)
23. Lange O.K., 1933. Short course of general hydrogeology. Gosudarstvennoe nauchno-tekhnicheskoe gorno-geologo-neftyanoe
izdatelstvo, Moscow. (in Russian)
24. Mironenko M.V., Polyakov V.B., 2009. On algorithm for the calculation of the equilibrium composition of water-salt systems on the basis of the Pitzer model. Geohimiya, No. 10, pp. 1103–1107. (in Russian)
25. Parenkina O.L., Podbornyy E.E., 2013. Cryopegs. In Yu.B. Badu, N.A. Gafarov, E.E. Podbornyy (eds), Cryosphere of oil and gas
condensate fields of the Yamal Peninsula. Vol. 2. Cryosphere of the Bovanenkovo oil and gas condensate field. Publishing house of the Gazprom Expo LLC, Moscow, pp. 337–353. (in Russian)
26. Pitzer K.S., 1992. A thermodynamic model for aqueous solutions of liquid-like density. In I.S.E. Carmichael, H.P. Eugster (eds),
Thermodynamic modeling of geological materials: minerals, fluids and melts, translated from English. Mir, Moscow, pp. 110–153.
(in Russian)
27. Savelev B.A., 1971. Physics, chemistry and structure of natural ice and frozen soils. Publishing house of the Moscow State University, Moscow. (in Russian)
28. Streletskaya I.D., 1991. Patterns of distribution and formation of saline frozen soils and cryopegs in the north of Western Yamal (a case study of the Bovanenkovo gas condensate field). Extended abstract of PhD Thesis, Production and Research Institute for Engineering Surveys in Construction, Moscow. (in Russian)
29. Tolstikhin N.I., Tolstikhin O.N., 1976. Natural waters of the Earth and the cryosphere. In collection of papers Questions of Earth
cryology. Nauka, Moscow, pp. 11–22. (in Russian)
30. Trofimov V.T., Badu Yu.B., Kudryashov V.G., Firsov N.G., 1975. Yamal Peninsula (engineering-geological essay). Publishing house
of the Moscow State University, Moscow. (in Russian)
31. Fotiev S.M., 1999. The regularities in the formation of natural waters of ionic-salt composition, Yamal Peninsula. Kriosfera Zemli,
Vol. III, No. 2, pp. 40–65. (in Russian)
32. Fotiev S.M., 2009. Cryogenic metamorphism of soils and underground waters (conditions and results). GEO, Novosibirsk. (in Russian)
33. Marion G.M., 2001. Carbonate mineral solubility at low temperatures in the Na-K-Mg-Ca-H-Cl-SO4-OH-HCO3-CO3-CO2-H2O
system. Geochimica et Cosmochimica Acta, Vol. 65, Issue 12, pp. 1883–1896, https://doi.org/10.1016/S0016-7037(00)00588-3.
34. Marion G.M., 2002. A molal-based model for strong acid chemistry at low temperatures (< 200 to 298 K). Geochimica et Cosmochimica Acta, Vol. 66, Issue 14, pp. 2499–2516, https://doi.org/10.1016/S0016-7037(02)00857-8. 35. Marion G.M., Mironenko M.V., Roberts M.W., 2009. FREZCHEM: a geochemical model for cold aqueous solutions. Computers and Geosciences, Vol. 36, Issue 1, pp. 10–15, https://doi.org/10.1016/j.cageo.2009.06.004. 36. Mironenko M.V., Grant S.A., Marion G.M., Farren R.E., 1997. A chemical thermodynamyc model for electrolyte solutions at subzero temperatures «FREZCHEM2». U.S. Army Cold Regions Research and Engineering Laboratory, Report No. 97–5. URL: https://permanent.fdlp.gov/websites/armymil/www.crrel.usace.army.mil/techpub/CRREL_Reports/reports/cr97_05.pdf (accessed: 18 February 2024). 37. Nelson K.H., Thompson T.G., 1954. Deposition of salts from sea water by frigid concentration. Journal of Marine Research, Vol. 13, No. 2, pp. 166–182. 38. Ringer W.W., 1906. Changes in the composition of sea water salts during freezing. Chemical Weenblad, Vol. 3, pp. 233–249.

ILYA A. KOMAROV*
Lomonosov Moscow State University; Moscow, Russia; ilya_komarov@mail.ru
Address: Bld. 1, Leninskie Gory, 119991, Moscow, Russia
NADEZHDA V. KIYASHKO
Lomonosov Moscow State University; Moscow, Russia; nadin130187@mail.ru
MIKHAIL V. MIRONENKO
Vernadsky Institute of Geochemistry and Analytical Chemistry, Russian Academy of Science; Moscow, Russia; mikhail_mironenk@mail.ru
Address: Bld. 19, Kosygina St., 119991, Moscow, Russia
KIRILL A. NIKITIN
Lomonosov Moscow State University; Moscow, Russia; nikitin.kirill@yandex.ru
ALBINA E. LATYPOVA
Lomonosov Moscow State University; Moscow, Russia; moskazlist@gmail.com