Каминский В.Д., Поселов В.А., Глебов В.Б., Аветисов Г.П. и др.

 

 

 

КОМПЛЕКСНЫЕ ГЕОЛОГО-ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

В СЕВЕРНОМ ЛЕДОВИТОМ ОКЕАНЕ

с атомного ледокола «Россия»

(«Арктика-2007»)

 

Арктический бассейн является для России регионом особых геополитических, оборонных, научных и экономических интересов. Однако до настоящего времени максимально протяженные, по сравнению с другими приарктическими государствами, границы Российского сектора Арктического бассейна не имеют юридического статуса. В связи с этим, приоритетной задачей Российской Федерации в Арктике является установление юридического статуса своих границ и обеспечение их полной политической и экономической безопасности.

В 1997 г. Российской Федерацией была ратифицирована «Конвенция ООН по морскому праву 1982 г.» (далее Конвенция). В декабре 2001 г. Российская Федерация направила Генеральному секретарю ООН подготовленное в соответствии с положениями Конвенции представление по внешней границе своего континентального шельфа (ВГКШ) в Северном Ледовитом и Тихом океанах (далее Заявка).

На 11-й сессии в июне 2002 г. Комиссия ООН по границам континентального шельфа рассмотрела Заявку РФ. Группой экспертов Комиссии были подготовлены замечания и рекомендации, основная часть которых касается геологической природы основных поднятий Амеразийского бассейна и их структурной связи с континентальной окраиной.

Концепция российской Заявки ВГКШ в СЛО базируется на аргументированных доказательствах принадлежности крупнейших поднятий дна Амеразийского суббассейна - хребта Ломоносова и поднятия Менделеева - к компонентам континентальной окраины Евразии. Комиссия расценивает российскую интерпретацию, как отражающую лишь одну из многочисленных, весьма различающихся гипотез, которые к настоящему времени предложены для объяснения происхождения, природы и возраста Амеразийского суббассейна. Наибольшую дискуссию вызывает строение областей сопряжения этих поднятий с окраинами окружающих континентов, в пределах которых обычно прослеживаются шовные зоны, имеющие морфологический облик крупных структурных границ. Поэтому Комиссия считает, что для недвусмысленной классификации в контексте Конвенции каждого из поднятий дна в Амеразийском суббассейне российская сторона должна представить убедительные доказательства, подкрепленные экспериментальными данными, геологической природы поднятий и зоны сопряжения их с прилегающей материковой окраиной, а также непротиворечивую модель эволюции Арктики.

Комплексные геолого-геофизические исследования «Арктика-2007» проведены с целью получения дополнительных данных для уточнения структуры земной коры хребта Ломоносова, создания геологической модели зоны сопряжения хребта с прилегающим шельфом морей Лаптевых и Восточно-Сибирского для выявления его структурной связи с геологическими структурами материковой окраины. Эти работы являются логическим продолжением исследований, проводимых ВНИИОкеангеология на поднятии Менделеева в экспедиции «Арктика-2005».

Конечной целью исследований является подготовка комплекта материалов, в соответствии с требованиями к геологической аргументации Конвенции и рекомендациями Комиссии ООН по границам континентального шельфа, обосновывающего ВГКШ Российской Федерации в Арктическом бассейне.

Важной прикладной задачей исследований является так же прогнозная оценка углеводородного потенциала в зоне сопряжения хребта с прилегающим шельфом. Фундаментальная задача, решаемая при исследованиях, связана с созданием на основе имеющихся и полученных данных в экспедиции «Арктика-2007» аргументированной концепции эволюции литосферы Амеразийского бассейна.

Комплексные геолого-геофизические исследования на хребте Ломоносова выполнялись в соответствии с постановлением Правительства Российской Федерации № 860 от 7.12.2001 г. и Проектом на выполнение ГРР по объекту № 4-2.07/06 Государственного контракта № 09/07/20-27 от 29 ноября 2006 г., заключенного между «Департаментом по недропользованию на континентальном шельфе и мировом океане» и ФГУП ВНИИОкеангеология.

Комплексные геолого-геофизические работы включали морские исследования с борта атомного ледокола «Россия» и аэрогеофизические исследования с борта самолета ИЛ-18Д.

 

Морские исследования с борта атомного ледокола «Россия»

Рис.1 Атомный ледокол "Россия"

Морские комплексные геолого-геофизические исследования на хребте Ломоносова и в зоне сочленения хребта с шельфом  морей Лаптевых и Восточно-Сибирского выполнялись в составе экспедиции «Арктика-2007» в период с 13 мая по 26 июня 2007 г.

Учитывая тяжелые ледовые условия в районе хребта Ломоносова, для выполнения работ был арендован атомный ледокол «Россия» Мурманского морского пароходства (Рис. 1).

Впервые геолого-геофизические работы проводились на судне, не приспособленном для проведения геолого-геофизических исследований, что создавало определенные трудности при их организации, а приобретенный опыт работы с ледокольных судов является весьма положительным.

Для выполнения исследований была сформирована экспедиция из 55 человек (Рис. 2).

Руководителем экспедиции был назначен Каминский В.Д. - директор ВНИИОкеангеология, его научным заместителем - Поселов В.А. (рис. 3).

 

Рис.2 Участники экспедиции "Арктика-2007"

Экспедиция состояла из трех полевых партий и пяти отрядов: первая сейсмическая партия - руководитель Аветисов Г.П.; вторая сейсмическая партия - руководитель Маухин А.В.; гидрографическая партия - руководитель Глебов В.Б.; геологический отряд - руководитель Рекант П.В.; отряд технических средств - руководитель Егоров Ю.П.; отряд камеральной обработки - руководитель Сорокин Ю.В.; авиаотряд - руководитель Закутилин И.А.; отряд взрывников - руководитель Захаров Ю.П.

Рис.3 Слева направо В.Д. Каминский,

В.Б. Глебов, В.А. Поселов

Программой работ комплекс геолого-геофизических исследований включал выполнение:

- наледных сейсмических наблюдений ГСЗ, и МОВ с использованием взрывчатых веществ. Для возбуждения сейсмических волн использо­вались тротиловые заряды с электродетонаторами общим весом 18 тонн;

- наледных гравиметрических и набортных маятниковых наблюдений;

- геологических исследований;

- акустического и телефотопрофилирования.

Методика наледных геофизических исследований на геотраверсе протяженностью 600 км предусматривала использование двух вертолетов типа МИ-8МТВ или КА-32С. В то же время, конструктивно ангар и вертолетная площадка атомного ледокола «Россия» оборудованы под размещение и работу с двумя вертолетами КА-32С. При комплектации вертолетов возникли проблемы с арендой вертолетов КА-32С по причине их отсутствия.

В результате, после некоторых конструктивных доработок для выполнения работ были арендованы и использованы: один вертолет МИ-8МТВ, с размещением на вертолетной площадке и один КА-32С, с размещением в ангаре ледокола. Вертолет КА-32С перегонялся из Владивостока в Мурманск.

Маршрут атомного ледокола «Россия» в район работ и обратно приведен на рис. 4.

Для выполнения геологических исследований и акустического и телефотопрофилирования по левому борту на корме ледокола была смонтирована лебедка марки ПКН-3, 53 с тяговым усилием до 6 тонн. Для управления и передачи информации с подводного телефотокомплекса лебедка была оборудована кабель-тросом длиной 3600 м. Наличие сильной вибрации, характерной при плавании в тяжелых льдах, создавало определенные трудности в эксплуатации лебедки. Для выполнения геологических работ постоянно был задействован штатный судовой 16-тонный кран левого борта.

Рис.4 Маршрут движения атомного ледокола "Россия" в экспедиции "Арктика-2007"

На нижней палубе по левому борту были оборудованы помещения под геологическую, сейсмическую и гравиметрическую лаборатории.

В гравиметрической лаборатории были установлены пять маятниковых гравиметров АМП -1. Координирование маятниковых измерений осуществлялось по СНС «Навстар» с использованием навигационной аппаратуры V-2600 Р (производства компании Japan Marina CO.Ltd (Jmс) 2000 г.) с записью навигационных параметров на жесткий диск ПК с дискретностью 1 с, исследования на геотраверсе координировались с использованием навигационной аппаратуры GeoExplorer3 (производства компании TгimbIe 2003 г.) и GPSmap60CSx (производства компании Garmin 2005 г.) с записью навигационных параметров на встроенную флэш-память с дискретностью 1 с.

Взрывчатые вещества хранились и перевозились в трехтонных контейнерах, всего было использовано одиннадцать контейнеров. Для установки и перевозки контейнеров с взрывчатыми веществами на атомном ледоколе «Россия» ЦНИИМФ разработал проект, в соответствии с которым ФГУП «Атомфлот» выполнил необходимые технико-конструктивные мероприятия, в результате которых были установлены восемь контейнеров на верхней палубе, два контейнера на баке и один по правому борту, в районе спасательного катера.

 

Сейсмические исследования

На геотраверсе «Арктика-2007» сейсмические исследования проводились в трех модификациях: профильного глубинного сейсмического зондирования (ГСЗ), методом преломленных волн (МПВ) и методом отраженных волн (МОВ).

Наблюдения ГСЗ

Выполнено три расстановки ГСЗ, составивших субмеридиональный профиль протяженностью 600 км вдоль хребта Ломоносова и через зону сопряжения хребта с шельфом морей Лаптевых и Восточно-Сибирского (рис. 5).

Схема наблюдений ГСЗ на каждой из трех расстановок следующая:

- 30 регистраторов «Дельта-Геон» на базе 150 км;

- 8 пунктов взрыва через 50 км, 4 из которых в пределах расстановки регистраторов и по 2 выносных. Максимальное расстояние взрыв-регистратор - 250 км;

- судно располагается в центре расстановки;

- отработка расстановки двумя летными отрядами на вертолетах МИ-8 и КА-32С.

Отработка расстановки каждым летным отрядом выполнялась в 4 этапа:

- выставление регистраторов;

- отработка двух пунктов взрыва: дальнего выносного и ближайшего к центру расстановки;

- отработка двух промежуточных пунктов взрыва;

- сбор регистраторов.

- привязка пунктов взрыва и пунктов регистрации с помощью спутниковой навигационной системы «НАВСТАР».

Рис.5  Схема расстановки

Для учета дрейфа льда, в промежутке между постановкой и снятия регистраторов, часть регистраторов «Дельта-Геон» дублировались регистраторами КБ ТЕХМОРГЕО «ГНОМ», оснащенными приемоиндикатором спутниковой навигационной системы «НАВСТАР».

Плановая привязка пунктов регистрации осуществлялась в момент постановки и снятия регистраторов.

В качестве источника возбуждения сейсмических волн использовались тротиловые заряды весом 0,2-1,0 тонны. Глубина погружения заряда колебалась от 100 до 80 м в зависимости от величины заряда.

Сплоченность льда в районе исследований составляла 8-9 баллов. Из-за повышенной скорости дрейфа льда (свыше 6 миль в сутки), связанной, видимо, с генеральным дрейфом ледовых полей, который зафиксирован по данным станций «Северный полюс» в районе хребта Ломоносова, наблюдения ГСЗ пришлось проводить в условиях повышенных микросейсмических помех.

Схема отработки геотраверса с оценкой качества исходных волновых полей представлена на рис. 6.

 

Наблюдения МПВ

Положение секущего профиля МПВ (рис. 5) выбрано с учетом прогнозной модели строения зоны сопряжения хребта Ломоносова с прилегающим шельфом.

Методика наблюдений МПВ:

- выполнена расстановка субширотного простирания, точка пересечения с профилем ГСЗ приходится на первую расстановку;

- выставлено 30 регистраторов на базе 60 км;

- привязка пунктов регистрации осуществлялась в момент постановки и снятия регистраторов;

- глубина погружения заряда 50 м;

- отработано 5 пунктов взрыва: три в пределах расстановки и два выносных на расстояниях 30 км, максимальное расстояние взрыв-регистрация составило 90 км.

Наблюдения МОВ

Данный вид наблюдений выполнялся на каждой точке расстановок ГСЗ на этапах снятия регистраторов, для чего использовалась станция SM-22. Для возбуждения сейсмических волн использовались заряды из 10 электродетонаторов, которые опускались в трещины или разводья на глубину 8 м (рис. 7).

Рис.7 Наблюдения МПВ

В экспедиции «Арктика-2007» сейсмические исследования выполнены в следующих объемах: ГСЗ - 600 км, МПВ - 120 км, МОВ - 90 сейсмозондирований.

Для оценки качества получаемой сейсмической информации на борту судна проводилась экспресс-обработка с использованием программного обеспечения SEG- Y Viеwег (версия ]).

Экспресс-обработка исходной информации заключалась в следующем.

После завершения наблюдений на каждой расстановке ГСЗ рассчитывались параметры геометрии наблюдений (линейные координаты ПВ по профилю и удаления от каждого ПВ до каждого регистратора в моменты взрывов). Специальное навигационное программное обеспечение, разработанное во ВНИИОкеангеология, позволило учитывать дрейф льда при расчетах параметров геометрии. Далее цифровые сейсмические данные конвертировались в формат SEG- Y в виде сборок по общим пунктам взрыва с дискретом 7 мс. Полевая сейсмическая информация ГСЗ визуализировалась программным средством SEG-Y Viеwег (версия 1).

Параметры экспресс-визуализации: полосовая фильтрация - 2-8 Гц, окно нормировки - от 2 до 8 с. Примеры обработки представлены на рис. 8, 9.

На записях выделяются первые вступления, скорее всего, рефрагированных волн на удалениях до 180-200 км, преломленные волны от поверхности верхней коры и серия интенсивных отраженных волн, связанных с подошвой коры и внутрикоровыми границами.

Рис.8 Волновое поле сейсмозондирования ПВ42

Рис.9 Волновое поле сейсмозондирования ПВ45

Данные МОВ также конвертировались в формат SEG- Y с дискретом 1 мс в виде последовательности сейсмограмм зондирований вдоль расстановок ГСЗ. Параметры экспресс-визуализации данных МОВ: полосовая фильтрация - 20-60 Гц, окно нормировки - от 0,6 до 1,2 с.

Качество полевой информации ГСЗ существенно зависело от ледовой обстановки (сплоченности льда, скорости дрейфа) и погоды (прежде всего силы ветра, напрямую влияющей на уровень микросейсмического шума) во время отработки каждой расстановки.

С помощью программы SEG- YViewer (версия 1) выполнялась корреляция сейсмических записей ГСЗ, автоматически считывались времена первых вступлений и строилась система встречных и нагоняющих годографов волн. Интерпретация годографов заключалась в разделении первых вступлений на преломленные и отраженные волны и их аппрокcимaции (преломленные или отраженные) с учетом динамики волнового поля и принципа взаимности.

Для каждой расстановки были построены годографы рефрагированных, преломленных и отраженных волн.

Определенные по системе годографов граничные скорости (в результате осреднения кажущихся скоростей по встречным наблюдениям) и to преломленных (рефрагированных) волн использовались для построения одномерных скоростных моделей на каждом пункте взрыва.

 

Гравиметрические наблюдения

Гравиметрическая съемка в Северном Ледовитом океане в 2007 г. с атомного ледокола «Россия» включала в себя следующие этапы.

1. Подготовка гравиметрической аппаратуры к выполнению работ на береговом опорном гравиметрическом пункте (БОГП) г. Мурманск.

2. Создание вспомогательных береговых опорных гравиметрических пунктов (ВБОГП) на четырех причалах ФГУП «Атомфлот» (место стоянки АЛ «Россия»).

3. Выполнение начальных опорных маятниковых измерений на борту атомного ледокола «Россия» у причала №3 ФГУП «Атомфлот».

4. Выполнение маятниковых измерений в точках дрейфа АЛ «Россия».

5. Выполнение гравиметрической наледной съемки на профиле ГСЗ.

6. Полевая обработка материалов, предва­рительная оценка качества работ.

7. Выполнение заключительных опорных маятниковых измерений на борту АЛ «Россия» у причала №3 ФГУП «Атомфлот».

Значение ускорения силы тяжести (УСТ) на причалах №№ 1, 2, 3, 4 было определено пятью гравиметрами на широкодиапазонном винте тремя независимыми рейсами от исходного гравиметрического пункта. Координаты и высота пунктов определялись способом тахеометрического хода.

При проведении опорных наблюдений на ВБОГП и маятниковых измерениях в рейсе маятниковые приборы размещались в переоборудованном под гравиметрическую лабораторию помещении, в непосредственной близости от плоскости мидельшпангоута. Плоскости качания маятников располагались параллельно диаметральной плоскости судна. Высота маятниковых приборов от киля составила 14,5 м.

Начальные опорные маятниковые измерения выполнены в период с 08.05.07 г. по 13.05.07 г. в количестве 25 серий по каждому полукомплекту. По итогам измерений получены начальные опорные периоды с точностью от 0,21 до 0,30 мГал.

Маятниковые измерения выполнялись в районе профиля ГСЗ, а также во всех точках дрейфа ледокола во льдах.

Значение УСТ на маятниковых пунктах (МП) съемки определялось как среднее значение УСТ из показаний всех полукомплектов АМП -1. С целью контроля над постоянством характеристик приборов измерения в рейсе проводились в основном группой из четырех приборов в различных сочетаниях. На некоторых МП по техническим причинам УСТ определено группой из трех приборов.

Выполнение гравиметрической съемки со льда на профиле ГСЗ

Значение УСТ на пункты профиля ГСЗ передавалось от МП, созданных на AЛ «Россия», группой в основном из трех гравиметров. Гравиметрический рейс начинался и заканчивался на льду у борта ледокола вблизи гравиметрической лаборатории (рис. 10).

Рис.10 Привязка гравиметров у борта ледокола

После установки гравиметров на пунктах съемки производилось их нивелирование, записывалась температура упругой системы. На ГП бралось три отсчета по каждому гравиметру с точностью 0,01 деления, расхождения в трех отсчетах не превысили 0,05 деления. Во время снятия отсчетов контролировалось положение уровней.

Гравиметрические измерения на профиле ГСЗ выполнялись двумя или тремя гравиметрами с двух бортов вертолетов МИ - 8МТВ и КА-32С после завершения взрывных работ на профиле в процессе сбора сейсморегистраторов.

Гравиметрические измерения выполнены во всех точках постановки сейсморегистраторов на профилях ГСЗ и МПВ. Результаты предварительной обработки показали, что погрешность измерения средних приращений значений ускорения силы тяжести определены в точках наблюдений не хуже ±(0,6-0,8) мГал.

В полевой обработке в качестве опорных пе­риодов использовались периоды, полученные на ВБОГП г. Мурманск, ФГУП «Атомфлот», причал №3 во время начальных опорных маятниковых измерений. За величину УСТ на ВБОГП принято значение, приведенное к уровенной поверхности «О» Балтийской системы.

В измеренные периоды АМП-l вводились поправки за температуру и за амплитуду.

В измеренные значения УСТ на маятниковых пунктах вводились поправка за высоту установки приборов над уровнем моря, рассчитанная по формуле редукции в свободном воздухе, и поправка за эффект Этвеша.

СКП определения УСТ на МП по «внутренней сходимости приборов» в среднем составила ±0,35 мГал, при максимальном значении ±0,71 мГал.

В измеренные значения УСТ на гравиметровых пунктах вводились поправка за эффект Этвеша.

 

Геологическое опробование

Геологические исследования проводились в окрестности профилей ГСЗ и МПВ.

Места заложения точек геологического опробования определялись на основе следующих критериев: минимальная мощность рыхлых отложений; расчлененный рельеф морского дна; наличие резких уступов и выходов коренных пород. Выбор этих участков производился на основе анализа батиметрии района работ, а также полученных в прошлые годы геолого-геофизических данных. Кроме того, во внимание принимались ледовые условия района работ и возможность комплексирования различных видов исследований, выполняемых в рейсе. Для более детального выбора мест заложения станций донного пробоотбора планировалось активное использование сейсмоакустического и телефотопрофилирования. Однако из-за сложных ледовых условий района работ (сплоченный лед до 9-10 баллов при толщине до 2 м) оба вида профилирования осуществлялись в дрейфе судна. Станции располагались как на восточном, так и на западном склоне хребта Ломоносова (рис. 11).

 

Рис.11 Расположение станций донного пробоотбора

Буквенная индексация после номера означает тип пробоотборника:

B-бокскорер; С-грунтовая трубка; D-драга

Донный пробоотбор

Всего в рейсе AЛ «Россия» выполнено 35 геологических станций. Из них 21 станция с использованием гидростатической трубки, 16 - при помощи коробчатого пробоотборника типа бокскорер и 2 станции драгирования.

Для выполнения спуска-подъема использовалась лебедка ПКН-3,5Э, специально доработанная для выполнения донного пробоотбора с атомного ледокола «Россия» (рис. 12).

Основные технические характеристики лебедки:

Рис.12 Лебедка ПКН-3.5Э в контейнере в кормовой части АЛ "Россия"

Оператор работает выносным пультом

Кабель-трос КГП 1-150                                    3200 м

Тяговое усилие на первых двух рядах            не менее 60 кн

Диапазон скоростей перемещения каната     0,8-1,2 м/с

Скорость перемещения каната при спуске    до 2,5 м/с

Электропитание                                                380 В, 50 Гц, не более 60 кВт

Габаритные размеры                                         3000 х 2590 х 2438

Масса с кабель-тросом                                      не более 6000 кг

Гидростатическая трубка изготовлена в ФГУП «ТехМорГео» (Мурманск). Принцип действия гидростатического пробоотборника основан на задавливании трубки в грунт под действием разницы давления на дне и во внутренней камере трубы (рис. 13).

Техническая характеристика гидростатической трубки

Рабочая глубина моря, м                                    до 5000

Наружный диаметр режущего башмака, мм    129

Диаметр проходного отверстия

режущего башмака, мм                                      116

Длина получаемого керна, м                             3.0; 3.5; 4.0; 6.5; 7.0; 7.5; 10.5

Рабочий объем приемной камеры, дм3                110

Скорость спуска пробоотборника

при достижении дна, м/с не менее                    2

Рис.13 Работа с гидростатической трубкой на вертолетной площадке атомохода

Сразу после извлечения керна из керноприемника (рис. 14) проводилось измерение температуры керна при помощи цифрового термометра с интервалом измерений 100 мм с целью обнаружения возможных температурных аномалий. После этого полученный керн исследовался в судовой лаборатории при помощи капометра Bartington MS2 с целью установления кривых изменения магнитной восприимчивости вдоль всего керна. Интервал измерения - 25 мм. Полученные результаты помогут при камеральной обработке провести корреляцию удаленных грунтовых колонок и выделить основные периоды изменения транспортировки осадочного материала в глубоководную котловину СЛО. Все полученные керны были описаны в судовой лаборатории с целью получения основных представлений о строении осадочного разреза. Керн разделен на геологические слои, из которых проводился отбор образцов для последующих анализов. После геологического описания и отбора образцов оставшаяся половинка керна зачищалась и подготавливалась к фотодокументации. После этого отбирались пробы на палеомагнитный анализ, и затем половинка керна консервировалась и упаковывалась в керновые ящики.

Рис.14 Извлечение керна из трубки при помощи домкрата

При геологическом описании донных отложений в условиях судовой лаборатории в каждом полученном керне было выделено определенное число горизонтов и сделана предварительная корреляция изученных разрезов. В том числе были выявлены опорные горизонты, благодаря которым в дальнейшем возможна более точная корреляция разрезов.

Литологический разрез континентального склона отличается фациальным однообразием и как следствие небольшим количеством выделяемых слоев. Наиболее типичный пример для указанных условий осадконакопления показан на рис. 15 (ст. ALR30С).

Рис.15 Литологическая колонка. Станция ALR30С

В отличие от отложений континентального склона геологический разрез склоновых участков хр. Ломоносова более разнообразен. Несмотря на то, что в большинстве своем осадки представлены алевропелитовой фракцией, в разрезе наблюдается значительная изменчивость литологии, текстуры и структуры, цвета и плотности осадка. Примером заметной изменчивости по разрезу может служить фото керна станции ALR-28C на западном склоне хр. Ломоносова на глубине 1414 м (рис. 16).

 

Рис.16 Керн грунтовой колонки ст.ALR28C.

Длина лотков 105 см, диаметр 100 мм. Общая длина керна1010 см

Содержание алевритовой составляющей в полученных в ходе пробоотбора кернах значительно варьирует как в общем по разрезу, так и внутри горизонтов, в слоях встречаются линзы и тонкие прослои алевритовых песков, обводненные каверны различного размера, выполненные тонким материалом. Цвет осадков представлен достаточно широкой гаммой коричневого, зеленого и серого с голубоватым и желтым оттенками. Для отложений характерна неравномерная окраска с размытыми пятнами, полосами и разводами, границы между слоями чаще всего неявные, постепенные с примазками цвета вмещающих интервалов. Условно в разрезе можно выделить две слоистые пачки, граница между которыми проходит по невыдержанному по мощности интервалу уплотненного, очень неоднородного по цвету (тонкоплойчатый) алевропелита с тонкими опесчаненными рыжеватыми прослоями.

В кровле «пограничного» слоя находится выявленный практически во всех рассмотренных разрезах прослой комковатого, ожелезненного, сухого алевропелита мощностью от 0,5 до 3 см, иногда с обломками щебневой фракции (ст. 20С). Верхняя пачка сложена преимущественно мягкими, пластичными алевропелитами коричневых цветов с желтым и зеленоватым оттенками. Нижняя пачка в цветовом отношении тяготеет к серым тонам с зеленым, реже коричневым оттенками. Представленные здесь осадки более плотные, зачастую обогащены алевритовой компонентой, в них чаще встречаются песчаные участки. На рис. 17 показан примерный геологический разрез, построенный на основании описания керна со ст. 20С, отобранной на западном склоне хр. Ломоносова с глубины 1100 м.

Рис.17 Литололгическая колонка. Станция ALR20С

 Пробоотбор коробчатым пробоотборником с грейферным затвором (типа бокскорер).

Для получения ненарушенной поверхностной пробы грунта в рейсе применялся коробчатый пробоотборник типа бокскорер с фотоприставкой (рис. 18, 19). Характеристика пробоотборника:

Вес                                                                  850 кг

Габаритные размеры (Ш/Д/В)                     2 х 2 х 2,6 м

Рабочая глубина моря                                  до 5000 м

Размеры пробоотборной части (Ш/Д/В)    50 х 50 х 60 см

Объем получаемой пробы                           до 145 л

Из получаемой пробы после описания отбиралась комплексная поверхностная проба, проводилось измерение температуры, после чего часть пробы (обычно 1/4 часть) промывалась на сите для изучения ДКМ -а, содержащегося в пробе.

 

Рис.18 Работа с бокскорером

 

Рис.19 Боковая стенка пробы, полученной бокскорером. Станция ALR06В

Рис.20 Спуск скальной драги

Пробоотбор скальной драгой

Основной задачей, решаемой при помощи скальной драги (рис. 20) должна была стать задача отбора и изучения коренных отложений океанического дна в пределах наиболее крутых участков склонов хребта Ломоносова. Однако эта задача не была решена из-за сплошного ледового покрова в районе работ и не возможности найти участки чистой воды непосредственно над участками крутого склона для драгирования вверх по склону. Кроме того, в местах возможного пробоотбора сейсмоакустическое профилирование показывало наличие как минимум 10-20-метрового покрова рыхлых отложений. Скальный уступ лишь однажды удалось наблюдать на подводной видеозаписи в районе станции ALR-29B, однако отсутствие участка чистой воды в этом районе не дало возможность провести драгирование.

В рейсе были предприняты две попытки драгирования на станциях ALR-23D и ALR-24D. В первом случае драга принесла не более 5 кг осадка, во втором около 300 кг. Сильно глинистый состав донных отложений не давал драге промываться в ходе движения, в результате работа с драгой была признана нецелесообразной.

 

Сейсмоакустическое профилирование

В состав геологических работ были включены опытно-методические работы по сейсмоакустическому профилированию, задачей которых было обоснование выбора мест заложения геологических станций. Однако реализация сейсмоакустических наблюдений и их объем полностью зависели от конкретной ледовой обстановки в районе работ. Очевидно, что профилирование в условиях сплошного ледового покрова невозможно. Поэтому профилирование проводилось в дрейфе судна через ту же полынью, через которую проводился пробоотбор. В результате были получены короткие куски профилей длиной до 2-4 км.

Для проведения сейсмоакустического профилирования использовался профилограф EdgeTech SB-216S, позволяющий освещать разрез мощностью до 80 м с разрешением до 6 см (рис. 21). Технические характеристики профилографа:

Рис.21 Сейсмоакустический профилограф

Частотный диапазон                              2-16 кГц

Тип сигнала                                            частотно-модулированный

Ширина полосы излучения                   2-15 кГц; 2-12 кГц;  2-10 кГц

Выходная мощность                               2000W

Максимальная пенетрация

по мягким грунтам                                 80 м

Вертикальная разрешающая

способность                                            от 6 до 10 см

Максимальная глубина моря                           300 м

Вес                                                           72 кг

В дрейфе проведены наблюдения на точках геологического опробования. Общая длина профилей составила 20 км. После выхода из района сплошного ледового покрова на шельфе были получены 8 сейсмоакустических профилей общей длиной около 40 км (рис. 22).

 

Рис.22 Фрагмент сейсмоакустического профиля ALR-05 в северной части шельфа моря Лаптевых

Телефотопрофилирование

Для идентификации выходов коренных пород на склонах хребта Ломоносова в рейсе был применен буксируемый подводный телевизионный аппарат БПТА-3000 (рис. 23).

БПТА-3000 предназначен для проведения работ по фототелевизионной съемке дна морей и океанов для детального изучения структуры морского дна с целью поиска полезных ископаемых, наблюдения состояния природной среды, проектирования и размещения подводных сооружений, а также для других целей. Комплекс модернизирован для работы на глубинах до 3000 м и приспособлен для работ в сложных ледовых условиях Крайнего Севера.

Оборудование комплекса мобильно, быстро разворачивается на судах различных типов и тоннажа.

БПТА-3000 обеспечивает проведение непрерывной телевизионной съемки в течение 3 часов. Оптимальное расстояние теле- и фотокамер до поверхности дна составляет 1-3 м, при этом площадь покрытия поверхности дна (площадь видеокадра) составляет 3-10 м2. Высота буксировки аппарата над дном осуществляется изменением длины вытравленного кабеля. Оптимальная скорость движения при проведении видео и фотопрофилирования составляет 0,4-0,6 узла. Регистрация видеосигнала производится на цифровой видеорекордер, установленный на аппарате. Контроль видеоизображения производится на борту судна. Для последующего просмотра и архивации видеофильмы записываются на DVD носители. Фрагмент записи приведен на рис. 24.

 

           Рис.23 Спуск БПТА-3000

Рис.24 Фрагмент видеозаписи донной поверхности в районе станции 29В

Конфигурация и технические характеристики комплекса БПТА-3000:

- глубоководная цифровая видеокамера чувствительностью 1 лк и разрешением 640х480 точек с цифровым миниатюрным видеорекордером и устройством управления видеозаписью и фотосъемкой;

- четыре глубоководных светильника мощностью по 100 вт каждый;

- глубоководная цифровая фотокамера высокого разрешения;

- глубоководная фотовспышка;

- глубоководный эхолот-альтиметр;

- четыре глубоководных бокса с аккумуляторными батареями по 36 Ач;

- набортная аппаратура управления и связи;

- набортный цифровой видеорекордер с дисплеями;

- компьютер с программным обеспечением и двумя мониторами с аппаратурой регистрации;

- два зарядных устройства для зарядки автомобильных аккумуляторов;

- 4 телекамеры и цифровой квадратор для наблюдения за работой палубных механизмов.

Всего в ходе рейса было осуществлено 10 спусков БПТА и получено более 14 часов видеозаписи донной поверхности.

 

Гидрографическое обеспечение исследований

Навигационное обеспечение экспедиции «Арктика-2007» было направлено на решение следующих задач:

- расчет проектных координат точек ледовой расстановки регистраторов и пунктов взрыва;

- регистрация истинных координат точек начала и конца ледовой расстановки регистраторов и пунктов взрыва, а также времени (даты);

- визуализация и проверка зарегистрированных координат установки и снятия регистрaтopов и точек взрыва с прокладкой на электронной карте;

- выполнение промера в точках пробоотбора;

- обеспечение данными о координатах и глубинах при геологическом опробовании, профилировании подводным телефотокомплексом и гравиметрических наблюдениях.

Для решения указанных задач использовалась следующая аппаратура и программное обеспечение:

- стационарная спутниковая аппаратура V-2600 Р (фирма Japan Maritime Соmраnу);

  - носимая спутниковая аппаратура GеоЕхрlоrеr3 (фирма Trimble);

  - носимая спутниковая аппаратура Gаrmin СS60х(фирма Garmin);

- пакет программ PathFinder Office для работы с носимой спутниковой аппаратурой GеоЕхрlоrеr3) - разработчик фирма Trimble;

- пакет программ Мар Source (для работы с носимой спутниковой аппаратурой Garmin СS60x) - разработчик фирма Garmin;

- сейсмоакустический профилограф EdgeTech X-STAR;

- навигационно-гидрографический пакет программ Nabat 2005 (собственная разработка);

- программа непрерывной регистрации координат положения судна ReadNMEA (собственная разработка);

- пакет программ электронной картографической           информационной системы dKartNavigator, фирмы Моринтех - (Россия).

На основе использования пакета программ Nabat 2005 в помещении лаборатории АЛ «Россия,) был развернут навигационно-батиметрический комплекс, включающий: портативную персональную ЭВМ класса Pentium 4, ноутбук Toshiba, спутниковую аппаратуру V-2600 Р и регистратор исследовательского сейсмоакустического профилографа EdgeTech X-STAR (частота 2-15 кГц). Тем самым обеспечивался автоматический сбор, визуализация, редактирование и регистрация информации, поступающей от профилографа и спутниковой навигационной аппаратуры.

Также необходимая информация, поступающая от спутниковой навигационной аппаратуры V-2600 Р (фирма Japan Maritime Соmраnу), размножалась и экспортировалась желающим потребителям (например телефотокомплексу БПТА-3000)

Электронная картографическая информационная система dKartNavigator была реализована на базе офисной персональной ЭВМ класса Pentium 4, сопряженной со спутниковой аппаратурой V-2600 Р и отображала электронные карты формата .dxf, S57, созданные на район работ на основе бумажных карт масштаба 1 : 500000. Наличие батиметрической информации в цифровой форме совместно с текущим положением судна позволяло оперативно оценивать обстановку и принимать решения, связанные с выходом в точки пробоотбора.

На электронные карты с помощью средств программного обеспечения АrсМар8.3 наносились координаты точек ледовой расстановки регистраторов и пунктов взрыва.

Пакет программ PathFindeг Office использовался для работы с носимой спутниковой аппаратурой GеоЕхрlогег3 и GPSmap 60СSх Garmin, с помощью которых фиксировались даты и координаты ледовой расстановки и снятия сейсморегистраторов и пунктов взрыва.

Работа по геодезическому обеспечению ледовой расстановки выполнялась в следующей последовательности.

1. С использованием пакета про грамм Nabat2005 путем решения прямой геодезической задачи предрассчитывались геодезические координаты точек ледовой расстановки регистраторов и пунктов взрыва; указанная информация записывалась в базу данных ледовой расстановки и преобразовывалась в тестовый файл вида, пригодного для экспорта в пакет программ PathFinder Offiсе (файл формата .asc).

Предрассчитанные геодезические координаты точек ледовой расстановки в виде распечатки передавались штурманам и геодезистам вертолетов.

2. С помощью пакета программ PathFinder Office создавался файл путевых точек (*.wpt) и проектных точек установки регистраторов и мест взрывов, который с помощью средств пакета автоматически загружался в носимую спутниковую аппаратуру GeoExplorer3.

3. При установке и снятии регистраторов дата и геодезические координаты с помощью носимой спутниковой аппаратуры GeoЕхрlогег3 фиксировались на одном из вертолетов, а на втором вертолете записывались с помощью Garmin SС60х.

4. После возвращения из полета, связанного с расстановкой, выполнением взрывов и снятием регистраторов, геодезические координаты выгружались из носимой спутниковой аппаратуры в пакет программ PathFinder Office. При этом обеспечивались их визуализация, анализ и преобразование в формат текстового файла (файл с расширением .www), который использовался для передачи данных в ГИС.

При выполнении геологического опробования выполнялась автоматическая запись координат и глубин с помощью профилографа EdgeTech X-STAR с интервалом 30 с, что позволяло с достаточной точностью восстановить профиль дна по направлению дрейфа.

На АЛ «Россия» установлен эхолот НЭЛ-2М (шельфовый до глубины менее 250 м) с аналоговой записью, который для промера как на шельфе, так и в глубоководной части непригоден. По этой причине съемка рельефа дна не осуществлялась.

Следует отметить, что в процессе проведения экспедиции «Арктика -2007» была найдена соответствующая льдина, подготовлена база и произведена высадка дрейфующей ледовой станции СП-35.

Таким образом, предварительный анализ модели земной коры по профилю «Арктика-2007» позволяет предложить следующую вероятностную геологическую интерпретацию строения земной коры хребта Ломоносова и зоны его сопряжения с прилегающим шельфом:

1. В пределах геотраверса выделяются четыре крупных блока, разделенных субвертикальными разломами.

2. На южном фланге выделяется периконтинентальный прогиб с мощностью осадочного чехла 8-10 км при общей мощности земной коры свыше 25 км. Мощность верхней редуцированной коры не превышает 4 км.

3. В центральной части геотраверса предположительно в области сопряжения хребта с прилегающим шельфом мощность земной коры резко сокращается до 15 км.

4. Северный фланг геотраверса характеризует строение области хребта Ломоносова, не осложненной присклоновыми структурами. Общая мощность коры хребта здесь составляет 20-21 км при сокращающейся на север мощности осадочного чехла до 2 км.

5. Главной особенностью моделей земной коры геотраверса является редуцированность верхней коры хребта Ломоносова на всем протяжении. Ее мощность изменяется от 2 км в центральной части геотраверса до 4-5 км на южном и северном флангах. Граничная скорость по подошве коры (граница М) составляет в среднем 8,1 км/с.

Вернуться на главную страничку