В предшествующие годы (2010–2012 гг.) при сотрудничестве с рядом организаций участниками экспедиции был выполнен значительный объем гидрографических и комплексных геофизических работ. Полученные результаты [1–5] оказались весьма информативными, однако они, как это нередко бывает в геологической науке, поставили новые вопросы, которые потребовали проведения дальнейших детальных исследований.
ОАО «МАГЭ» за последние годы, используя инновационные технологии, достигло определенных успехов при проведении ГРР на нефть и газ арктического шельфа [6].
В настоящее время ни одна организация в России не способна выполнить весь объем работ самостоятельно. В связи с этим, был создан альянс квалифицированных организаций-соисполнителей, координация которых была поручена ОАО “МАГЭ”, как головному предприятию, накопившему в ходе выполнения работ в арктических и дальневосточных морях РФ значительный опыт успешного руководства коллективным выполнением комплексных проектов [9].
Главной задачей, отличающей экспедицию от всех предыдущих, являлось выполнение комплексных геофизических работ с целью создания геолого-геофизической основы для оценки перспектив нефтегазоносности. Экспедиция проходила под эгидой Минприроды РФ и Роснедр. За организацию, планирование работ, техническое обеспечение, общее руководство полевыми работами и непосредственно проведение сейсморазведочных исследований отвечала ОАО «МАГЭ» [10].
Методика работ
На основе разработанной в компании технологии подледной сейсморазведки нам удалось в сложнейших ледовых условиях центральной глубоководной части Северного Ледовитого океана выполнить пионерские комплексные геофизические исследования.
Основой подледной технологии является устройство ледовой защиты (УЛЗ) (рис. 1).
Рис. 1. Ледовая защита, смонтированная на корме НИС «Академик Федоров»
При выполнении работ на акваториях покрытых льдом, возникает необходимость в обеспечении крепления сейсмического оборудования и пневмоисточников ниже поверхности воды для исключения контакта буксируемых устройств со льдом. УЛЗ устанавливается на корме судна и позволяет зафиксировать магистрали пневмоисточников и сейсмическую косу вдоль устройства. Тем самым оно выполняет функцию защиты буксируемых устройств от плавающего на поверхности льда.
Устройство, установленное на судне, выполнено в виде колонны обтекаемой формы с внутренней нишей для прокладки и закрепления буксировочных и прижимных тросов и размещения сейсмооборудования, образованной боковыми стенками колонны и основанием в виде горизонтальной платформы с креплением к днищу судна горизонтальными балками. При этом верхняя часть ледовой защиты расположена выше ватерлинии судна. Боковые стенки колонны образуют вертикальную нишу и продолжаются выше места крепления ледовой защиты к корпусу судна с формированием обтекателей. При этом вертикальная ниша выполнена продольно разделенной внутренней зоной для прокладки и закрепления буксировочных и прижимных тросов и внешней зоной для размещения кабелей сейсмического оборудования. Внутренняя зона разделена на три продольных канала, каждый из которых предназначен для размещения буксировочных и прижимных тросов для пневмоисточников и сейсмического оборудования, а также для фиксации запасных буксировочных и/или прижимных тросов, находящихся в нерабочем положении. Три роульса предназначены для направления косы и линий пневмоисточников.
Размеры конструкции составили: высота 17,5 м, ширина подводной части 6,5 м. Общий вес конструкции 10 т. В 2015 г. на устройство ледовой защиты получен патент (рис. 2) [11].
Рис. 2. Патент на устройство ледовой защиты
Отличительной особенностью данной научной разработки является тот факт, что она сразу же была внедрена в производство и использована при выполнении государственного контракта, экспедиции «Арктика-2014».
Работы были выполнены в июле–октябре 2014 г. В состав экспедиции входили НЭС “Академик Федоров” и НИС “Николай Трубятчинский” при поддержке атомного ледокола “Ямал”.
Судно “Академик Федоров” было специально переоборудовано для выполнения подледной сейсморазведки. Сейсмические работы МОВ ОГТ выполнялись в двух вариантах: с приемным устройством длиной 4500 м и с твердотельной косой 600 м в сочетании с зондированиями МОВ МПВ. Для регистрации сейсмического сигнала использовалась цифровая 24-битовая коса Sercel SEAL. Число каналов, в зависимости от длины косы, изменялось от 48 до 360. В каждой группе было 16 гидрофонов GEOPOINT EXPORT. Расстояние между пунктами возбуждения колебаний составляло 50 м. Шаг дискретизации был равен 2 мс, а длина записи составила 12 секунд. Точность планово-высотной привязки пунктов физических наблюдений выдерживалась не хуже ± 10 м, 1% от глубины. Глубина буксировки приемного устройства менялась в зависимости от ледовых условий в пределах 10–15 м, местами до 20 м. В качестве источников возбуждения использовались группы пневмоисточников Bolt 1500 и Bolt 1900/Bolt 8500APG объемом 1300 куб. дюйм. [12].
Для определения скоростных характеристик основных границ в осадочном чехле и построения скоростной модели в комплексе с работами МОВ ОГТ были выполнены инновационные сейсмические работы МОВ-МПВ. Исследования выполнялись радиотелеметрической системой сбора сейсмических данных ВОХ, вместе с плавающим модулем телеметрического сейсмического комплекса BOX с гидрофоном MP-24L3 (GeoSpace). Шаг дискретизации составил 4 мс, расстояние между зондированиями – не более 50 км. Длина годографа была равна 15–25 км, при длине записи 8–12 секунд. [13].
Кроме того, впервые был отработан профиль ГСЗ. Для выполнения сейсмических работ ГСЗ использовался модернизированный аппаратурный комплекс, состоящий из самовсплывающих автономных донных сейсмических станций с многокомпонентной цифровой регистрацией сейсмического сигнала (АДГС-2М, АДСС-5000), сейсмического низкочастотного пневматического источника СИН-6 и бортовых устройств управления. Подрыв на профилях выполнялся по времени каждые 150 секунд. Шаг дискретизации – 8 мс, длина сейсмической записи – 60 с. На волновых полях зондирований ГСЗ в первых вступлениях выделяются преломленные волны, связанные с границами в осадочном чехле и внутри коры. Зарегистрирована отраженная волна от границы М (PmP), которая начинает прослеживаться с удалений 40–60 км на протяжении почти всего профиля, достаточно уверенный интервал прослеживания составляет 60–80 км, в отдельных случаях достигая 100–110 км. [10-14].
Для площадного изучения рельефа дна вдоль профилей был использован многолучевой эхолот ЕМ122 Kongsberg Maritime AS, Норвегия и резервный однолучевой эхолот EA 600 12 кГц той же фирмы. С целью получения дополнительной информации о верхней части разреза и рельефе дна был применен профилограф “TOPAS PS 18” 18 кГц. [1, 2, 4-5].
Гравиметрическая съемка в рейсе осуществлялась одновременно двумя гравиметрами: гравиметр мобильный “Чекан-АМ” и мобильный гравиметрический комплекс “Шельф-Э” [15]. Перед началом работ были проведены все необходимые подготовительные работы, оба гравиметра были откалиброваны. В г. Наантали (Финляндия) перед началом рейса и по его окончанию были выполнены опорные гравиметрические наблюдения.
Результаты
В процессе работ решались следующие задачи: выявления геолого-структурных связей осадочных бассейнов присклонового прогиба Вилькицкого и прилегающей котловины Подводников с мелководным шельфом восточно-сибирских морей; определения конфигурации и размеров осадочных бассейнов, мощности и структуры осадков и структуры земной коры; определения мощности осадочного чехла на отдельных участках котловин Амундсена, Нансена, Макарова, Подводников II; изучения рельефа морского дна по всем маршрутам съемки. Район исследований охватывает как глубоководную, так и мелководную часть Арктического бассейна. Основными положительными структурами в глубоководной части являются хребет Гаккеля, хребет Ломоносова и поднятие Менделеева, которые разделяют котловины Нансена, Амундсена и Подводников.
Общий объем комплексной гидрографо-геофизической съемки составил более 10000 км: МОВ ОГТ с 600-метровой косой, в сочетании с зондированиями МОВ-МПВ 3373.2 км; с 4500метровой косой – 5596.950 км; съемка рельефа дна и гравиметрическая съемка. Дополнительно к этому было выполнено 1165.9 км съемки рельефа дна в комплексе с гравиметрической съемкой. Карта фактического материала представлена на рис. 3.
Рис. 3 Карта фактического материала экспедиции “Арктика-2014”
Большая часть работ проходила во льдах сплоченностью 9–10 баллов, толщиной до 160 см. На некоторых профилях встречался двухлетний лед толщиной до 240 см и торосы до 4 м. Зачастую ледокол Ямал сначала пробивал себе дорогу, а после возвращался и прокладывал дорогу для «Академика Федорова» (рис. 4) [15].
Рис. 4 Технология отработки профиля в сплошных ледовых полях
Контроль качества данных подтвердил пригодность сейсмического материала для решения поставленных геологических задач, поверхность акустического фундамента и отражающие границы в осадочной толще прослеживаются на большей части разрезов уверенно и непрерывно. Уверенно прослеживаются все отражающие горизонты по их классификации, принятой для восточно-арктических морей [16].
В заключении необходимо подчеркнуть, что впервые в мире 10 августа 2014 года, в районе полюса были выполнены комплексные геофизические исследования, включавшие сейсморазведку МОВОГТ (при работе с 600-метровой косой – в сочетании с зондированиями МОВ-МПВ), съемку рельефа дна и гравиметрическую съемку силами исключительно российских специалистов, на основе разработанного в ОАО “МАГЭ” инновационного геофизического комплекса (рис. 5, [13].).
Рис. 5 Уникальный сейсмический разрез, проходящий через Северный полюс
Если А.Н. Чилингарову в свое время удалось только взглянуть с борта глубоководного обитаемого аппарата «Мир» на поверхность океанского дна в районе Северного полюса, то экспедиция «Арктика-2014» пошла дальше: непрерывно «просветила» дно на 4–5 км и попыталась «увидеть» нефтяные залежи. В настоящее время продолжается обработка полученного материала.
Выполненные в экспедиции комплексные геофизические исследования позволили существенно усилить аргументацию Российской Федерации при обосновании внешней границы континентального шельфа. В частности, предварительный анализ временных разрезов МОВ ОГТ позволил увязать стратификацию осадочного чехла мелководных шельфов Восточно-Сибирского и Чукотского морей и стратификацию в глубоководной котловине Подводников. На качественном уровне была принята генеральная концепция новой стратификации, которая была представлена в Заявке РФ в Комиссию по континентальному шельфу. Впервые были проведены сейсмические исследования МОВ ОГТ по прямолинейным профилям в одном из самых труднодоступных районов Арктики – котловине Макарова.
Это позволило подтвердить ранее высказанную идею российских ученых о рифтогенной природе этой котловины. Информация о скоростях сейсмических волн в осадочном чехле, полученная в экспедиции в результате зондирований МОВ-МПВ, позволит корректно построить глубинные разрезы вдоль отработанных профилей.
Список литературы
1. Алексеев С.П., А.Ф. Зеньков, С.Б. Курсин, К.Г. Ставров Батиметрические исследования ОАО «ГНИНГИ» в центральной части Арктики / // Навигация и гидрография. – 2010. – № 30. – C. 9–17.
2. Алексеев С.П., И.Ф. Глумов, А.А. Ледовских, К.Г. Ставров и др. Гидрографические исследования в Центральном Арктическом бассейне на надводном судне в интересах обоснования внешней границы континентального шельфа России / // Труды Научной конференции XIV Съезда Российского географического общества, 11–14 декабря 2010 г., Санкт-Петербург. – СПб.: Изд. РГО, 2010. – С. 101–110.
3. Ледовских А.А., И.Ф. Глумов, С.П. Алексеев, К.Г. Ставров, А.В. Морозов, Дж. Гаглиарджи Комплексные исследования для обоснования внешней границы континентального шельфа Российской Федерации на Северном Ледовитом океане // Труды 10-й Международной конференции и выставки по освоению ресурсов нефти и газа Российской Арктики и континентального шельфа стран СНГ. – СПб.: Химиздат, 2011. – С. 291–297.
4. Шкатов М.Ю., Иванов Г.И. Первая российская скважина на дне Северного Ледовитого океана // Океанология. – 2013. – Т. 53. – № 4. – С. 569–572.
5. Glumov I.F., A.F. Zenkov, D.M. Zhilin A Challenge in the Arctic. Bathymetric Survey for Delineation of the Extended Continental Shelf of the Russian Federation// Hydro international. – 2012. – № 1. – P. 27–30.
6. Иванов Г.И. Морская геофизика на самом современном уровне // Нефть. Газ. Новации. – 2014. – № 1. – С. 28–30.
7. Казанин Г.С., Иванов Г.И. Инновационные технологии ‒ основа стабильного развития ОАО «МАГЭ» / // Разведка и охрана недр. – 2014. – № 4. – С. 3–7.
8. Казанин А.Г., Казанин Г.С., Иванов Г.И., Саркисян М.В. Инновационные инженерно-геологические технологии на арктическом шельфе России // Neftegaz.RU, 2017, N 1, стр. 120-124
9. Казанин Г.С., Иванов Г.И., Заяц И.В., Казанин А.Г., Макаров Е.С., Шкарубо С,.И., Павлов С.П., Нечхаев С.А. Инновационные технологии ОАО «МАГЭ» - потенциал для укрепления МСБ арктического шельфа России// Разведка и охрана недр, №9, 2016. С. 56-64
10. Казанин Г.С., Заяц И.В., Макаров Е.С. и др. Геофизические исследования ОАО МАГЭ в Северном Ледовитом океане на хребте Ломоносова // Геология и геоэкология континентальных окраин Евразии. Вып. 3. М.: ГЕОС, 2011. С. 19–30.
11. Казанин Г.С., Макаров А.С., Васильев А.С., Прудников А.Н., Иванов Г.И. Инновационная технология подледной сейсморазведки // Нефть.Газ.Новации ,2015, N2, с. 21-24.
12. Казанин Г.С., Иванов Г.И. Комплексные геолого-геофизические исследования ОАО «МАГЭ» на арктическом шельфе // Материалы конференции “Арктика - нефть и газ 2015”, Москва, 2015, с. 134-138.
13. Казанин Г.С., Иванов Г.И., Макаров Е.С. Комплексная геофизическая экспедиция к северному полюсу – «Арктика-2014» // Научно-технические проблемы освоения Арктики.// РАН. 2015, с. 162-165.
14. Казанин Г. С., И. В. Заяц, Г. И. Иванов, Е. С. Макаров, А. С. Васильев Геофизические исследования в районе Северного Полюса//Океанология 2016, т. 56, № 2, стр. 333-3357
15. Kazanin G.S., Ivanov G.I., Verba M.L., Kirillova - Pokrovskaya T.A. (2016). The Tectonic Map of the East Siberian Sea: the Undisturbed Paleozoic Cover (According to the Data Acquired by MAGE) Paper Number: 676. Abstract 35th International Geological Congress, Cape Town, South Africa.
16. Поселов В.А., Буценко В.В., Жолондз С.М., Жолондз А.В., Киреев А.А. «Сейсмостратиграфия осадочного бассейна котловины Подводников и Северо-Чукотского прогиба» // Доклады Академии Наук, 2017, том 474, № 5, с. 1-5.
