Способы введения лекарств рептилиям

Курсовая реферативная работа

Использование глубоководного бурения для решения геологических задач

Аннотация

Работа посвящена глубоководному бурению и исследованию океана. Тема работы: "Использование глубоководного бурения для решения геологических задач"

Она может представлять интерес для учащихся геологических специальностей, геологов и всех, проявляющих интерес к данной проблеме. В работу вошла информация о полезных ископаемых океанического дна, основных месторождениях, технологии проведения буровых работ в морских условиях и основные результаты, полученные в ходе глубоководных исследований. Также приводится исторический обзор проблемы.

Поскольку глубоководное бурение является на сегодняшний день основным способом получения достоверной информации о составе и строении океанического дна, то работа, в которой обобщен обширный материал уже опубликованных результатов, поможет получить общее представление о том, что такое глубоководное бурение и как оно помогает в решении геологических задач.

____ страниц, 5 глав, 17 иллюстраций, библиографический список включает 19 публикаций.

Ключевые слова: Глубоководное бурение, полезные ископаемые в океане, гидротермальное рудообразование, месторождения нефти и газа, буровое судно, буровая платформа, геологические задачи.

Содержание

Аннотация

Введение

Глава 1. Исторический обзор

Глава 2. Объекты изучения, цели и задачи глубоководного бурения

Глава 3. Современные знания в данной области

3.1 Принципы локации объектов глубоководного бурения

3.2 Местоположение объектов глубоководного бурения

3.3 Полезные ископаемые в океане

3.4 Научные результаты глубоководного бурения

Глава 4. Современные методы и средства исследований

Глава 5. Исследования, проводимые в институтах геологического профиля Новосибирского центра СО РАН

Заключение

Словарь основных терминов

Список использованной литературы

Введение

На сегодняшний день исследование дна мирового океана с целью поиска полезных ископаемых становится все более актуальной задачей, ведь Земля как объект исследования геологии доступна для прямого наблюдения только с поверхности, а о составе и строении земных глубин можно судить лишь по косвенным данным. При этом, водой, как известно, покрыты две трети земли. Именно поэтому геологи стремятся проникнуть как можно дальше в глубь Земли с помощью бурения.

Глубоководное бурение (aнгл. deep-sea drilling; deep-water drilling; нем. Tiefseebohren; франц. sondage abyssal, forage abyssal; ит. sondeo en aguas profundas) - процесс сооружения скважины на дне моря с использованием надводных технических средств при глубинах воды свыше 600 м. Проводится с целью инженерно-геологического исследования морских грунтов и изучения строения дна океана, а также для извлечения из морских недр жидких или газообразных полезных ископаемых. (#"56128.files/image001.gif">

Рис.1. Карта точек бурения в океанах: 1 - скважины, пробуренные с судна "Гломар Челленджер" в 1968-1985 годах; 2 - скважины, пробуренные с судна "ДЖОИДЕС Резолюшн" начиная с 1985 года (Басов, 2001)

3.3 Полезные ископаемые в океане

Рудные полезные ископаемые

Как уже говорилось ранее, океан богат различными полезными ископаемыми. Это, в первую очередь руды. Поскольку мощность океанической коры много меньше мощности континентальной, плюс еще и в зонах спрединга мантия расположена в непосредственной близости от поверхности, именно в океане происходит накопление комплексных руд, зачастую гидротермального происхождения. Среди рудных полезных ископаемых в океанах выделяются следующие типы:

) гидротермальные сульфидные постройки на поверхности океанического дна,

) сульфидная минерализация в толще океанической коры (придонные образования),

) железо - марганцевые конкреции на дне глубоководных впадин,

) металлоносные осадки открытого океана,

) прибрежно-морские россыпи. (Сотников, 1998)

) Гидротермальные сульфидные постройки на поверхности океанического дна были открыты в 1978 году были открыты на Восточно-Тихоокеанском поднятии и стало ясно, что именно они являются источниками металлоносных осадков (Короновский, 1999). Глубоководное бурение с кораблей "Гломар Челленджер" и "Джоидес Резолюшн" позволило установить присутствие металлоносных осадков в осадочных толщах океанического дна. Гидротермы, также известные под названием "черные" и "белые курильщики", как правило связаны с океаническими рифтами разного типа строения, находящимися как в начальной стадии своего образования, так и в более зрелых, обладающих различными скоростями спрединга - расширения океанического дна (рис.2). Рифтовые зоны океанов - это глубокие ущелья, располагающиеся вдоль осей срединно-океанических хребтов, они представляют собой дивергентные границы литосферных плит. Повышенный тепловой поток в рифтовых зонах связан с многочисленными, неглубоко залегающими магматическими очагами, из которых и происходят излияния базальтовой магмы, наращивающей океаническое дно. Средние глубины океанских рифтов составляют 2700-2900 м.

Рис.2. Распространение современных гидротермальных построек и металлоносных осадков в океанах: 1 - гидротермальные постройки и сульфидные руды, 2 - илы с сульфидами (стратиформные залежи), 3 - металлоносные осадки (по данным Дж.П. Кеннета и С.Г. Краснова), 4 - рифтовые зоны (Короновский, 1999)

Откуда берется рудное вещество в гидротермах? Несомненно, что решающую роль играют вулканические породы - базальты океанического дна и процессы извержения базальтов, которые время от времени происходят в рифтовых зонах, наращивая океаническую кору. Сама базальтовая магма и базальты содержат крайне мало воды, не более 0,1 %, следовательно, основным источником гидротермальных растворов является вода океанов, просачивающаяся в глубь океанической коры, сложенной базальтами. Для такого процесса вполне достаточно даже мелких (до 3 мм шириной) трещин, хотя широко развиты и более крупные, зияющие трещины - гьяры (гьяу - исл.). Подобные трещины могут рассекать всю океаническую кору в осевых зонах срединно-океанических хребтов на глубины в первые км. Так, для Исландии достоверно установлено просачивание океанских вод до 3 км. Неустойчивое состояние воды, когда увеличивается ее объем, достигается при разных температурах в зависимости от давления. Так, при давлении в 250 бар критическая температура равна 375° С, а при Р = 700 бар - примерно 500° С. Такие температуры на глубине делают воду неустойчивой, и она должна устремляться к поверхности, в сторону понижения градиента давления. Когда вода поднимается к поверхности океанского дна и давление быстро падает, тогда из высокотемпературных рудоносных растворов начинают выпадать некоторые химические элементы и уже на выходе из отверстия "черного курильщика" образуется скопление различных рудных минералов (рис.3). Наиболее характерными являются сульфиды. Наряду с сульфидами в значительных количествах встречается аморфный кремнезем. В качестве элементов-примесей присутствуют Cd, Hg, Ni, Sn, W, U, V, Ag, Au. Так в начале 90-х годов в Новогвинейском море российской экспедицией были обнаружены гидротермы, в составе пород которых отмечено повышенное содержание золота.

Рис.3. Схема геохимических процессов в гидротермальной системе срединно-океанического хребта (по данным Д.В. Гричука). Показаны соединения, которые извлекаются из базальтов фильтрующейся морской водой, а также флюиды, поступающие в гидротермальную систему из магматической камеры, находящейся под рифтом срединно-океанического хребта (Короновский, 1999).

2) Рудные месторождения, залегающие ниже уровня морского дна, представлены двумя типами. В одних случаях это те же рудные проявления, которые известны и в прибрежных районах. Примером подобной минерализации являются оловянные руды, залегающие на некотором удалении от мыса Корнуолл в Англии (Сотников, 1998). Здесь в море продолжаются оловосодержащие рудные жилы, которые иногда разрабатывались шахтами с суши. Предполагается, что цепочка таких рудных образований уходит в море на 160 км.

Второй тип оруденения связан с проявлением вулканизма. В подводных базальтах установлена минерализация трех разновидностей (Сотников, 1998): сульфидные капли (глобулы) в базальтовом стекле; скопления рудных минералов в газовых полостях; минералы в трещинах контракции (трещинах, возникающих за счет уменьшения объема магматической породы при ее охлаждении после образования). Сульфидные глобулы размером от нескольких до 200-300 микрон обычно представляют собой шары с резкими границами на контакте с базальтовым стеклом. Реже встречаются сульфидные выделения каплевидной и уплощенной формы, образовавшиеся в процессе течения магматического расплава. Рудные образования в газовых полостях базальтового стекла представлены кристаллами, шаровидными и каплевидными выделениями. В трещинах контракции чаще встречаются халькопирит, кубанит, пирротин, самородные Fe и Ag. Формы выделений рудных минералов обычно неправильные, комковатые.

) Глубоководные Fe-Mn-конкреции впервые были изучены во время экспедиции на "Челленджере" в 1873-1876 годах (Сотников, 1998). С того времени их исследование проводилось со всевозрастающей интенсивностью. Fe-Mn-конкреции представляют собой стяжения гидроокислов железа и марганца, образующиеся на дне современных водоемов (океанов, морей, озер). Размеры их от 0,01 мм до десятков сантиметров. Наиболее активно конкреции формируются в пелагических районах океанов (открытые, удаленные от суши области океана, где на больших глубинах наименее сказывается влияние суши на протекающие здесь процессы осадкообразования; в эти области поступает мало терригенно-обломочного материала). В таких районах конкреции покрывают огромные пространства дна. Так, в отдельных частях Индийского океана объем конкреций составляет от 4 до 10 тыс. т на 1 км².

) Металлоносные осадки представляют собой обогащенные Fe, Mn и некоторыми другими рудными элементами морские отложения. Компоненты металлоносных осадков, как и большинства морских отложений, поступают из различных источников: терригенный (обломочный), биогенный, гидротермальный (Сотников, 1998, Короновский, 1999). Терригенные компоненты заносятся в океан с речным стоком вследствие размыва берегов и ветрового переноса.

Наиболее тонкие частицы достигают удаленных от суши глубоководных частей океанов. Биологический привнос металлов в осадки имеет ограниченное значение. Его роль возрастает с увеличением глубины, когда разложение биогенного материала приводит к развитию в осадках восстановительных условий, способствующих выпадению из морской воды металлов, которые не осаждаются в окислительной или нейтральной среде (в частности, это относится к урану, молибдену и некоторым другим элементам).

В процессе циркуляции в осевой части рифтовой зоны рассол вступает в контакт с магматическими породами, где нагревается до 250°С и изменяется при химических реакциях с горячими базальтами, выщелачивая из них значительные количества металлов (рис.4).

Так, к примеру, по мере разгрузки рассола на дне Красного моря происходит осаждение содержащихся в них металлов сначала в виде сульфидов (пирит, халькопирит, галенит PbS, сфалерит), затем силикатов Fe, окисных соединений Fe и, наконец, оксидов Mn.

В отдельных прослоях сульфидов содержится до 20% Zn. Запасы металлов во впадине: Zn - около 2,5 млн. т, Cu - 600 тыс. т, Ag - 9 тыс. т.

Рис.4. Формирование металлоносных осадков во впадине Атлантис II Красного моря (по данным С.Г. Краснова) (Короновский, 1999)

) Скопления полезных ископаемых в россыпях сформировались в результате механического концентрирования минеральных частиц, высвобожденных при выветривании материнских пород и руд. Минералы россыпей характеризуются высоким удельным весом и устойчивостью к химическому выветриванию. Среди рудных минералов это самородные золото и платина, касситерит, вольфрамит, шеелит, киноварь, ильменит, колумбит, танталит, монацит, циркон (Сотников, 1998).

Большинство минералов россыпей встречаются на расстоянии до нескольких километров от источника, поэтому морские россыпи всегда приурочены к прибрежной зоне. Перенос минералов в основном осуществляется текущей водой. Небольшие концентрации россыпных минералов могут образовываться при подводной эрозии минерализованных пород на дне моря. На перераспределение минералов в россыпях могут влиять течения в акваториях (в частности, круговая циркуляция течений в заливах).

Давно известны прибрежно-морские золотоносные россыпи Аляски. Эти россыпи прослеживаются на 26 км при ширине до 18 км. Золото сосредоточено в тонких слоях (иногда мощностью 2-3 см). Распределение золота гнездовое, расположение обогащенных гнезд связано с особенностями гидродинамики береговых течений. Эти россыпи эксплуатируются, и из них уже добыто более 140 т золота. Прибрежно-морские россыпи золота известны также на северо-востоке России. Морские россыпи касситерита широко распространены в Индонезии, Малайзии и Таиланде, где они прослеживаются на расстояние до 5 - 15 км от береговой линии (глубина залегания 30 - 35 м). Эти россыпи в общем балансе добычи касситерита занимают значительное место.

Горючие углеводороды

Уже ни для кого не секрет, что месторождения нефти и газа есть не только на континентах. Значительная часть углеводородных ресурсов сокрыта в толще океанов. К сожалению, на сегодняшний день точную информацию о месторождениях нефти и газа скрывают, поскольку это стратегическое сырье первостепенной важности. А общей карты месторождений мира, расположенных в океане нет. Поэтому приведу общеизвестные данные по самым крупным месторождениям и нефтегазоносным бассейнам, расположенным на шельфе. Отмечу, что как правило, это газовые и газоконденсатные месторождения. Причем большинство из них расположено именно на шельфе, что может объясняться мощностью осадочного слоя, который в районе шельфов значительно больше, нежели в открытом океане. Во-вторых, добыча на шельфе гораздо выгоднее и удобнее, поскольку не придется протягивать инфраструктуру (в частности, трубопроводы) слишком далеко в океан.

Далее расскажу о самых крупных месторождениях, расположенных под водой.

Самым крупным месторождением на море является Северный Купол/Южный Парс. (рис.5) Это самое супергигантское нефтегазовое месторождение в мире. Находится в центральной части Персидского залива в территориальных водах Катара (Северное) и Ирана (Южный Парс). Северное и Южный Парс разделены тектоническим разломом. Оба они является самостоятельными разновозрастными залежами: Северное - поздним мелом, а Южный Парс - триасового возраста. (Геология нефти, 1968)

Запасы Северного/Южного Парса оценивается в 28 трлн. м³ газа и 45 млрд баррелей или 7 млрд. тонн нефти.

Рис.5. Месторождение Северное/Южный Парс.

Разработка Северного началась в 1991 году. Газ из Северного по газопроводам отправляется в ОАЭ. Операторами разработки является Qatar Gaz и Rasgaz. Qatar Gas распределяется следующим образом: Qatar Petroleum - 65%, Total - 10%, ExxonMobil - 10%, Mitsui - 7,5%, Marubeni - 7,5%. Добыча природного газа 2005 году составила 25 млрд м³. Добыча нефти 2006 году составила 12 млн. тонн в год. Запасы Северного оценивается 13,8 трлн. м³ и 27 млрд. баррелей или 4,3 млрд. тонн нефти.

Южный Парс (South Pars) - это северная (Иранская) часть газового месторождения Северное/Южный Парс, которая расположено Персидском заливе к северо-востоку от Катара. Южный Парс был открыт в 1990 году. Разработка Южного Парса будет проходит в 28 фазах. Оператором разработки является NIOC. Участниками разработки являются Газпром, ENI и Total. Газ из Южного Парса по газопроводам отправляется в Ассалуйе. Дальше в Индию и Европу. Южный Парс занимает площадь в 3700 кв.км, оно содержит 8% мировых запасов газа и 50% суммарных запасов газа Ирана. Добыча природного газа 2006 году составила 23 млрд м³. Добыча нефти 2006 году составила 5,15 млн. тонн в год. Запасы Южного Парса оценивается 14,2 трлн. м³ и 18 млрд. баррелей или 2,7 млрд. тонн нефти.

В акватории Российской федерации расположено множество месторождений, но, пожалуй, самым крупным является Штокмановское (рис.6). Оно расположено в Баренцевом море в 600 км к северо-востоку от Мурманска. Ближайшая суша (около 300 км) - западное побережье архипелага Новая Земля. Глубины моря в этом районе колеблются от 320 до 340 м. Открыто в 1988 году сотрудниками производственного объединения "Арктикморнефтегазразведка" (Мурманск) с борта бурового судна дизель - электрохода ледового класса "Виктор Муравленко". Месторождение названо в честь советского учёного-океанолога профессора В.Б. Штокмана. Разведанные запасы (на 2006 год) - 3,7 трлн м³ газа и 31 млн т. конденсата. Разработку проводит компания "Газпром". (Геология нефти, 1968).

Рис.6. Основные месторождения Северного моря

Еще одним крупным российским проектом являются Сахалинские шельфовые проекты - обобщённое название группы проектов по разработке месторождений углеводородного сырья на континентальном шельфе Охотского и Японского морей и Татарского пролива, прилегающем к острову Сахалин. Всего на шельфе Сахалина открыто девять нефтегазоносных участков с совокупными запасами 1,19 трлн м³ газа, 394,4 млн тонн нефти и 88,5 млн тонн газового конденсата.

В конце ХХ-го века к северо-востоку от острова Сахалин было открыто несколько крупных залежей углеводородов: в 1977 году месторождение Одопту; в 1979 году - Чайво; в 1984 году - Лунское; в 1986 году - Пильтун-Астохское; в 1989 году - Аркутун-Дагинское. С тех пор и началась плановая разработка этого района. Названия проектов именуются по порядковым номерам: от первого (Сахалин-1) и до девятого (Сахалин-9).

Также к достаточно известным крупным морским месторождениям относятся Экофиск и Гронинген (Слохтерен).

Экофиск (Ekofisk) - газонефтяное месторождение в норвежском секторе Северного моря; входит в Центральноевропейский нефтегазоносный бассейн. Открыто в 1969, разрабатывается c 1971, c 1977 начата добыча товарного попутного газа. Залежи на глубине 3,1-3,3 км. Начальные запасы 230 млн. т. Плотность нефти 0,85 г/см³. Эксплуатируются 40 скважин. Годовая добыча (1989) 5,3 млн. т нефти и 7,2 млрд. м³ газа, накопленная к началу 1990 - 135 млн. т и 35 млрд. м³ соответственно. Hефть по нефтепроводу длиной 360 км и диаметром 86 см транспортируется в поселок Teссайд, газ по газопроводу длиной 443 км и диаметром 91 см - в город Эмден. Pазработку месторождения ведёт американская компания "Philips Petroleum".

Гронинген, Слохтерен (Groningen) - гигантское газовое месторождение, находится на севере Нидерландов. Входит в Центрально-европейский нефтегазоносный бассейн. Залежи на глубине 2,8-3,0 км. Начальные запасы 1960 млрд. м³. Содержание углеводородов 85%, азота 14%, СО₂ 1%. Открыто в 1959 году. Залежи на глубине 2,5 - 3 км. Считается, что остаточные запасы газа на месторождении - 2,7 трлн м³, накопленная добыча - свыше 1,5 трлн м³. На месторождении функционируют 300 скважин. Газ месторождения Гронинген содержит 81 % метана и 14 % азота, что делает его идеальным для использования в сети газопроводов Нидерландов. Оператором месторождении является Nederlandse Aardolie Maatschappij, совместное предприятие на паритетных началах компаний Royal Dutch/Shell и ExxonMobil.

3.4 Научные результаты глубоководного бурения

Важнейшее достижение современных наук о Земле - установление фундаментального факта, что земная кора океанов принципиально отличается от коры континентов. Кора океанов не только в 4 - 6 раз тоньше коры континентов, но и отличается по составу и структуре. В отличие от континентальной, подразделяющейся на осадочный чехол (который в некоторых местах и вовсе отсутствует), верхний (гранито-гнейсовый) и нижний (гранулит-базитовый) слои консолидированной коры, в составе океанической коры выделяют четыре слоя. (рис.7). Также стоит заметить, что в составе континентальной коры преобладают гранито-гнейсовые породы, тогда как в океанической в основном основные и ультраосновные породы, такие как габбро и базальты. (Кеннет, 1987, Короновский, 2006).

Рис.7. Схемы строения земной коры. I - континентальная кора, слои: 1 - осадочный, 2 - гранитно-метаморфический, 3 - гранулито-базитовый, 4 - перидотиты верхней мантии. II - океаническая кора, слои: 1 - осадочный, 2 - базальтовых подушечных лав, 3 - комплекса параллельных даек, 4 - габбро, 5 - перидотиты верхнеймантии. М - граница Мохоровичича (Короновский, 2006)

Самый верхний (осадочный) слой континентов, состоящий из осадочных пород, разбурен до фундамента тысячами буровых скважин, особенно в нефтегазоносных областях, а глубочайшая в мире Кольская буровая скважина вошла в фундамент континента на глубину 10,8 тыс. м. Континентальная гранитогнейсовая кора хорошо изучена по всей толще благодаря тому, что нередко в зонах крупных разломов отдельные части коры перемещены относительно друг друга, а следовательно, более древние отложения поднимаются выше и позволяют получить полную картину, не углубляясь в глубь на многие километры. Установлено, что отдельные блоки континентальной коры имеют очень древний возраст и были сформированы 3 - 4 млрд. лет назад. (Кеннет, 1987, Хаин 2001, Короновский, 2006).

До начала глубоководного бурения мы по существу ничего не знали или очень мало знали о геологии осадочного слоя коры в морях и океанах, который выделяется с помощью геофизических данных. Полученные с помощью глубоководного бурения научные результаты стали во всех отношениях подлинным открытием нашего времени. Всего в Мировом океане на сегодня, как уже было сказано, пробурено около 1000 скважин; некоторые из них полностью прошли осадочный слой и проникли в базальтовый фундамент на глубину 600 м по базальтам.

Бурением и сейсмопрофилированием доказано, что осадочная толща в океанах, лежащая в вертикальном разрезе сверху (рис.8), распространена практически повсеместно. Она отсутствует лишь местами в центральных частях больших океанических хребтов и на подводных вулканических поднятиях. Однако мощность ее изменчива, что важно знать при оценке нефтегазоносности. На больших пространствах мощность осадочного слоя не превышает 1 - 1,5 км, увеличиваясь в краевых морях на континентальных окраинах до 10 км и больше (участки с мощной толщей осадков, правда, иного состава) (Басов, 2001). Установлено, что осадочный слой подстилается базальтами. Это второй слой океанической коры. (рис.8) Бурение показало, что наиболее молодые - базальты осевых зон срединно-океанических хребтов, при удалении от которых возраст базальтов постепенно удревняется. Соответственно, подошва осадочного слоя также удревняется в направлении от оси хребта в сторону океанических окраин. Закономерность строения горных хребтов в океанах, таким образом, прямо противоположна строению их на континентах, где осевые зоны хребтов слагаются обычно наиболее древними породами.

Также, путем драгирования и с помощью подводных спускаемых аппаратов были изучены горные породы фундамента океанической коры (рис.8) - ультрамафиты и мафиты, для которых характерны скорости сейсмических волн, типичные для мантии и нижней части океанической коры (Пейве, 1982). Время и геологическая история формирования этих пород еще слабо изучены, но, как твердо установлено, вышележащие базальтовые и осадочные слои океанической коры во всех океанах не древнее 200-230 млн. лет, что свидетельствует о кардинальных отличиях геологической истории коры океанов и континентов, о намного более древнем возрасте формирования коры на континентах.

Изучение осадочных и магматических пород показало, что возраст океанской коры действительно становится древнее по мере удаления от срединно-океанских хребтов в сторону окраинных частей океана, что подтвердило плейт-тектоническую модель развития дна океанов и Земли в целом. Это было продемонстрировано прежде всего с помощью изучения ископаемых микроорганизмов, что позволило в большинстве случаев с большой степенью надежности определить возраст самых нижних слоев осадочного чехла. Расчленение разреза велось по находившимся в кернах скважин остаткам быстро эволюционировавших и быстро расселявшихся в Мировом океане планктонных организмов, таких как фораминиферы, радиолярии, диатомовые, наннопланктон и др. (Басов, 2001). С учетом палеомагнитной шкалы и радиометрических определений впервые в результате глубоководного бурения создана основа для сверхдетальной и надежной корреляции времени проявления геологических явлений и объектов на всей Земле.

Было установлено, что наиболее древние осадки (среднеюрские, более 150 млн лет), залегающие на базальтах фундамента и вскрытые в Атлантическом и Тихом океанах, развиты в их окраинных районах. По направлению к срединным хребтам они становятся моложе и в их осевой части океанских бассейнов имеют современный возраст. Кроме того, было показано, что в глубоководных котловинах окраинных частей океанов нижние слои осадочного чехла являются относительно мелководными по сравнению со слоями, залегающими вверх по разрезу. Это означает, что океанская кора, которая формировалась в срединно-океанских хребтах, по мере удаления от них остывала и постепенно погружалась. Все это свидетельствует в пользу справедливости основных положений тектоники плит (Хаин, 2001).

Еще одним из основных постулатов современной тектонической концепции является дрейф литосферных плит. В процессе глубоководного бурения, это постулат не только был доказан, но было даже подсчитано, что средняя скорость дрейфа коры неодинакова во времени и пространстве, меняясь от 1 до 13 см в год, а средняя скорость вертикальных движений блоков составляет от 5 до 10 см в тысячу лет.

В Атлантическом океане, например, с большими подробностями удалось восстановить процесс раздвигания континентальной коры и его палеогеографию по синхронным осадочным горным породам, которые разбурены на противоположных окраинах континентов и первоначально образовались в узком бассейне в лагунных условиях в начальный период раскалывания и раздвигания континентов (Пейве, 1982).

Средствами глубоководного бурения подробно исследована геологическая история осадочного слоя на дне Северной Атлантики. Выяснено, что начало раздвигания в разных частях океана разное. Северная и арктическая часть океана начала формироваться позже его южной части. (Короновский, 2006).

Океанские базальты, вскрытые скважинами, так же как и осадки, оказались в значительной мере разнородными по химическому составу. Стало очевидным, что формирование дна океана происходило по более сложному сценарию, чем это предполагалось ранее, глядя на океан с суши. В частности, были установлены систематические вариации изотопного состава Rb, Sr, Nd и некоторых других химических элементов, которые свидетельствуют о неоднородности источников базальтовых магм, расположенных в верхней мантии. (Басов, 2001).

Эти сведения несомненно представляют значительный интерес, но все же наиболее значительными достижениями глубоководного бурения отмечено изучение осадочного чехла океана. Одним из них явилась разработка детальных стратиграфических шкал, точно датированных последовательностей осадков в разрезе, которые позволяют восстановить ход геологических событий и коррелировать их между собой на больших расстояниях, то есть помогают составить своего рода календарь событий прошедших эпох. От степени детальности и надежности стратиграфических шкал напрямую зависит адекватность интерпретации прошлых геологических процессов и событий, следы которых записаны в осадочных разрезах. Наибольшую детальность расчленения разрезов обеспечивают биостратиграфические шкалы, которые строятся на основании изменений в составе и структуре ассоциаций различных ископаемых организмов.

В настоящее время разработаны детальные, так называемые зональные шкалы по многим группам микроорганизмов с известковым, кремневым и органическим скелетом: планктонные и бентосные фораминиферы, радиолярии, диатомеи, силикофлагелляты, динофлагелляты, споры и пыльца (рис.8).

Рис.8. Некоторые ископаемые микроорганизмы, используемые в стратиграфических исследованиях: 1 - планктонные фораминиферы; 2 - бентосные фораминиферы; 3 - радиолярии; 4 - диатомовые водоросли; 5 - кальцисфера; 6 - кокколиты (Басов, 2001)

Эти шкалы датированы различными методами, достаточно надежно сопоставлены между собой и позволяют расчленять осадочный чехол на отрезки, отвечающие в некоторых случаях временным интервалам продолжительностью в несколько сот тысяч лет, что по геологическим меркам соответствует весьма высокой точности. Применение стратиграфических шкал выявило исключительно сложное строение осадочных разрезов океана. Оказалось, что непрерывные разрезы осадков в океане представляют собой скорее исключение, а не правило, как это представлялось до начала глубоководного бурения. В большинстве случаев осадочные разрезы Мирового океана содержат перерывы в накоплении осадков, порой многочисленные и часто внешне незаметные в составе осадков. Особенно часты перерывы в осадочном чехле Тихого океана (рис.9). Их продолжительность колеблется от нескольких сот тысяч до нескольких миллионов и даже десятков миллионов лет. Такое широкое распространение перерывов в осадочном чехле океанов указывает на его активный размыв придонными течениями и широкое развитие гравитационных склоновых процессов.

Рис. 9. Стратиграфические перерывы в осадочном чехле Тихого океана: 1 - перерывы; 2 - неопробованный интервал; 3 - скважины, не достигшие фундамента; 4 - скважины, достигшие фундамента (Басов, 2001)

Вместе с тем анализ осадочных разрезов показывает, что придонная циркуляция в Мировом океане не всегда была столь интенсивной, чтобы препятствовать отложению новых осадков или приводить к размыву уже накопленных. В его истории были периоды, когда циркуляция придонных вод в некоторых частях почти полностью прекращалась. Это приводило к появлению в придонном слое воды анаэробных (бескислородных) условий и формированию на дне специфических черных сланцев с повышенным содержанием органического вещества, поскольку падающие сверху отмершие планктонные организмы и растительные остатки, приносимые реками с суши, при отсутствии кислорода захоронялись в осадках, не разлагаясь. Бурением было установлено, что особенно широко такие условия были развиты в Атлантическом океане в меловое время, то есть приблизительно 110 - 115 и 90 - 95 млн лет назад. Позднее следы этих событий, которые получили название "бескислородные события в океане" (Oceanic Anoxic Events или OAE-1 и OAE-2), были обнаружены также во многих разрезах морских отложений на континентах. В некоторых районах, как, например, на Фолклендском плато в Южной Атлантике, черносланцевые отложения, накапливавшиеся в течение гораздо более длительного времени и имеющие большую мощность, содержат жидкие и газообразные углеводороды, которые могут представлять промышленный интерес.

В ходе исследования зон субдукции, в частности, Марианской впадины (рис.10) были получены доказательства теории тектоники литосферных плит, данные о строении коры в этой части океана а также ценные сведения о сотсаве пород. Маршруты 59 и 60 бурового судна "GLOMAR CHALLENGER" проходили через Марианскую впадину. В ходе рейса было пробурено 6 скважин: 451, 453, 454, 455, 456 и 457. Результаты бурения представлены в таблице 1. В таблице 2 приведены данные, полученные в ходе экспедиций бурового судна "JOIDES Resolution" (маршрут 125). В ходе рейса было пробурено 4 скважины: 778, 779, 780 и 781. Стратиграфические колоники, построенные по этим результатам приведены в рисунке 11.

Рис.10. Местоположение Марианской впадины

Таблица 1

Результаты бурения Марианской впадины в ходе рейсов "Гломара Челленджера"

Таблица 2.

Результаты бурения Марианской впадины в ходе рейсов "Джоидес Резолюшн"

Рис.11. Стратиграфические колонки скважин 451, 453, 454, 455, 456 и 457, пробуренных во время маршрутов 59 и 60 (#"56128.files/image012.gif">

Рис.12. Типы буровых платформ в зависимости от глубин.

Пo технологии заканчивания скважин различают морское бурение c надводным или подводным расположением устья скважины. Бурение c надводным расположением устья ведут co стационарных гидротехнических сооружений и c самоподъёмных буровых установок. Технология бурения, заканчивания и испытания морских скважин c надводным расположением устья аналогична подобным работам на суше.

Бурение морских скважин c подводным расположением устья производится c буровых судов, полупогружных и самоподъёмных буровых установок, a также c плавучих искусственных ледовых островов. Самоподъёмные платформы c консольным расположением вышечного блока могут бурить скважины как c подводным, так и c надводным расположением устья, причём в последнем варианте устье располагается на отдельной стационарной платформе.

Для удержания судна в стабильном положении над точкой бурения оно оборудовано системой динамического позиционирования, включающей в дополнение к главному двигателю подрабатывающие устройства (трастеры). Акустический маяк, установленный на дне вблизи устья скважины, сообщает бортовому компьютеру о любом смещении судна относительно заданной точки. Компьютер передает команду на главный двигатель и трастеры, и они, включаясь, возвращают судно на исходную позицию. (Басов, 2001).

В зависимости от типа осадков (или пород) технология бурения и оборудование меняются. В мягких осадках, которые при вращении бурового снаряда могут быть частично или полностью разрушены, используется гидравлический керноотборник, проникающий через долото в осадки под давлением нагнетаемой сверху воды. Это позволяет получать непрерывный и ненарушенный разрез слабоуплотненных осадков. В твердых породах фундамента бурение производится вращательным способом. Для бурения переслаивающихся мягких осадков и твердых пород разработаны буровые снаряды, которые позволяют менять способ бурения и отбора проб в процессе прохождения скважины без подъема наверх инструмента и демонтажа буровой колонны и таким образом существенно сократить потери времени и стоимость работ.

Рис.13. Система повторного вхождения в скважину (Басов, 2001)

Техника и технология бурения скважин c подводным расположением устья имеют ряд отличий от техники и технологии бурения на суше. После забивки в морское дно направления, играющего роль сваи, на нём устанавливают донную плиту, на которой c помощью водолазов или направляющих канатов монтируют подводный устьевой буровой комплекс массой 90-175 т и высотой до 12 м. Комплекс соединён c плавучей буровой платформой водоотделяющей колонной, на которой снаружи закреплены линии манифольда и выкида. Для натяжения водоизолирующей колонны применяют специальные системы натяжения, a в случае длинных колонн для уменьшения веса к ним крепят специальные поплавки. Подводный устьевой комплекс включает: блок дивертора и переходный блок c системами управления; блок превенторов; аварийную акустическую систему управления противовыбросовым оборудованием и др. Над верхним универсальным превентором может располагаться узел шарнирного соединения, допускающий изгиб водоотделяющей колонны в пределах до 10° в любом направлении.полупогружных (рис.16) буровых установках и буровых судах над вертлюгом размещают компенсатор вертикальных перемещений, позволяющий сохранять постоянную нагрузку на буровой инструмент при вертикальных перемещениях судна, вызванных волнением моря. Аналогичную технику применяют при бурении c искусственных плавучих ледовых островов.

При бурении c бурового судна c водоотделяющей колонной и подводным устьевым буровым комплексом максимальная глубина воды 2074 м, без водоотделяющей колонны (c выносом шлама на дно океана) - 6100 м.

Стоимость морского бурения выше, чем на суше: стоимость поисково-разведочной скважины (глубина около 500 м) составляет 3-6 млн. долларов для условий Мексиканского залива, 15-20 млн. долларов для условий Северного моря и до 50 млн. долларов на шельфе арктических морей.

Бурение морских разведочных скважин на незамерзающем шельфе проводится почти исключительно c буровых установок погружного, полупогружного, самоподъёмного типов и буровых судов. Бурение эксплуатационных скважин ведётся co стационарных буровых платформ одним или двумя буровыми станками. Куст морских скважин на стационарной платформе может содержать от 12 до 96 скважин. Наметилась тенденция к росту числа эксплуатационных скважин c подводным заканчиванием устья, бурение которых ведётся c самоподъёмных или полупогружных платформ.

Глава 5. Исследования, проводимые в институтах геологического профиля Новосибирского центра СО РАН

Как уже говорилось ранее, советские ученые участвовали в большинстве рейсов "Гломара Челленджера" во всех океанах. Сорок советских ученых, главным образом из академических учреждений, участвовали в рейсах и обрабатывали керновый материал в лабораториях этих учреждений. Благодаря участию в проекте ученые нашей страны приобрели бесценный опыт и знания для работы по исследованию геологии, геофизики и геохимии Мирового океана. Но со времен "Гломара Челленджера" утекло немало воды, и теперь глубоководное бурение стало большей частью коммерческим. Исследования проводятся уже непосредственно компаниями, осуществляющими бурение, а как правило, это нефте - и газодобывающие компании. К обработке полученных в ходе бурения данных такие компании привлекают своих специалистов, поэтому доступ к информации ограничен.

Какое-то время назад в ИНГГ СО РАН осуществлялась информационная поддержка Сахалинских проектов. Собственных же исследований, связанных с глубоководным бурением в институтах геологического профиля новосибирского центра СО РАН, к сожалению, не проводится.

Заключение

Уже не раз упоминалось важность глубоководного бурения для исследователей всего мира. Это действительно единственный способ получить достоверную информацию о составе и структуре океанического дна. В ходе бурения можно не только получить массу необходимых научных данных, но и открыть доступ к многочисленным ресурсам, сокрытым в недрах океана. Таким образом можно без лишней скромности сказать, что глубоководное бурение открыло человечеству путь в океан.

В работе автор постарался максимально сжато привести многочисленные результаты глубоководного бурения, которые заставили геологов пересмотреть и уточнить имеющиеся теории и гипотезы, осветить технологию процесса, а также рассказать о полезных ископаемых, которые хранит океан.

В заключение хочется привести несколько любопытных фактов, связанных с глубоководным бурением.

Норвежская платформа "Тролл-А", яркая "представительница" семейства больших северных платформ, достигает 472 м в высоту и весит 656 000 тонн.

Американцы считают датой начала морского нефтепромысла 1896 год, а его первопроходцем - нефтяника Уильямса из Калифорнии, который бурил скважины с построенной им насыпи.

В 1949 году в 42 км от Апшеронского полуострова на эстакадах, сооруженных для добычи нефти со дна Каспийского моря, был построен целый поселок под названием Нефтяные Камни. В нем неделями жили сотрудники предприятия. Эстакаду Нефтяных Камней можно увидеть в одном из фильмов о Джеймсе Бонде - "И целого мира мало".

Необходимость обслуживать подводное оборудование буровых платформ существенно повлияло на развитие глубоководного водолазного оборудования.

Чтобы быстро закрыть скважину при аварийной ситуации - например, если шторм не позволяет буровому судну оставаться на месте, - используют своего рода пробку под названием "превентер". Длина таких превентеров достигает 18 м, а вес - 150 тонн.

Началу активной разработки морского шельфа способствовал мировой нефтяной кризис, разразившийся в 70-х годах прошлого столетия. После объявления эмбарго странами ОПЕК возникла острая необходимость в альтернативных источниках поставок нефти. Также освоению шельфа способствовало развитие технологий, достигших к тому времени такого уровня, который позволял бы осуществлять бурение на значительных морских глубинах.

Газовое месторождение Гронинген, открытое у побережья Голландии в 1959 году, не только стало отправной точкой в разработке шельфа Северного моря, но и дало название новому экономическому термину. Эффектом Гронингена (или голландской болезнью) экономисты назвали существенное удорожание национальной валюты, произошедшее в результате роста экспорта газа и негативно сказавшееся на других экспортно-импортных отраслях.

Словарь основных терминов

·        Мобилизм - движения в твёрдой оболочке Земли.

·        Спрединг - геодинамический процесс растяжения, выражающийся в импульсивном и многократном раздвигании блоков литосферы и в заполнении высвобождающегося пространства магмой, генерируемой в мантии, а также твердыми протрузиями мантийных перидотитов.

·        Рифт - крупная линейная впадина в земной коре, образующаяся в месте разрыва коры в результате её растяжения или продольного движения. Существует две модели образования рифтов: модель Вернике и модель Маккензи. В последнее время геологи чаще используют смешанную модель.

·        Рифтовая долина - крупное рифтовое образование рельефа.

·        Вертлюг - соединительное звено двух частей механизма (или звеньев цепи), позволяющее каждой из них вращаться вокруг своей оси, например звено между подъёмным механизмом и грузом. Предотвращает скручивание веревки, тем самым избавляет от лишних нагрузок.

·        Водоотделяющая колонна - элемент подводно-устьевого оборудования скважины, служащий для соединения подводного устья c роторным столом буровой установки плавсредства (платформы, судна). Изолирует от толщи воды направляемую в устье скважины бурильную колонну, инструменты и позволяет вести морское бурение c замкнутой циркуляцией бурового раствора.

·        Гидравлический керноотборник - устройство для извлечения керна с гидравлическим приводом.

·        Дамба - гидротехническое сооружение, представляющее собой барьер для текущей воды или сдерживающий стоячую воду.

·        Дивертор - устройство для отклонения потока, относится к противовыбросовому оборудованию на скважинах.

·        Драга - плавучий, комплексно-механизированный горно-обогатительный агрегат с многоковшовым рабочим органом для подводной обработки преимущественно россыпей. Максимальная ёмкость черпака 600 дм ³

·        Заканчивание скважины - процесс, при котором законченная скважина готовится к эксплуотации с помощью оборудования устья скважины.

·        Компенсатор вертикальных перемещений - устройство предотвращающее сильное отклонение скважины от оси в вертикальном положении.

·        Комлексные руды - природные минеральные образования, содержащие несколько металлов, или других ценных компонентов в таких соединениях и концентрациях, при которых их промышленное использование технологически возможно и экономически целесообразно

·        Линии манифольда и выкида - элемент нефтегазовой арматуры, представляет собой несколько трубопроводов, укреплённых у основания, и рассчитанных на высокое давление, закреплённых по определённой схеме и снабженных необходимой запорной, или иной арматурой.

·        Превентор - устройство для герметизации устья буримой скважины служит для предотвращения открытого фонтанирования нефти или газа

·        Райзер - колонна стальных труб, тянущаяся от судна до дна

·        Эмбарго - запрещение гос властью ввоза в страну или вывоза из неё товаров, валюты, ценных бумаг, или иных ценностей

Список использованной литературы

1.      Басов И.А. Глубоководное бурение в океанах // Соросовский образовательный журнал, 2001 №10, Т.7. с.59-66.

2.      Геология нефти. Справочник Т.1. кн.1 - Москва: Недра, 1968.760 с.

.        Геология нефти. Справочник Т.2. кн.2 - Москва.: Недра, 1968.802 с.

.        Геологический словарь: в 2х томах, Т.1: А-М /Ред.А.Н. Криштофович - Москва: Недра, 1973. - 486 с.

.        Геологический словарь: в 2х томах, Т.2: Н-Я /Ред.А.Н. Криштофович - Москва: Недра, 1973. - 456 с.

.        Кеннет Дж. Морская геология в 2х томах, Т.1., пер. с англ. Москва: Мир, 1987, 397 с.

.        Короновский Н.В. Гидротермальные образования в океанах // Соросовский образовательный журнал, 1999, №10. с.55-62.

.        Короновский Н.В. Общая геология: учебник. Москва: КДУ, 2006. - 528 с.

.        Пейве А.В. Геология дна мирового океана по данным глубоководного бурения // Вестник РАН, 1982, №2. с.35-40.

.        Сотников В.И. Рудообразование в океанах // Соросовский образовательный журнал, 1998, №7. с.77-82.

.        Трофимук А.А. Избранные труды в 4х томах Т.2. Стратегия и методика поисков и разведки месторождений нефти и газа. Новосибирск: Изд-во СО РАН, филиал "Гео", 2002, 243 с.

.        Хаин В.Е. Тектоника континентов и океанов - Москва: Научный мир, 2001.606 с.

13.    Хаин В.Е. Современная геология: проблемы и перспективы // Соросовский образовательный журнал, 1996, №1, с.66-73.

.        Глава 75. Нефтеразведка и нефтедобыча. Редактор - Richard S. Kraus // http://base. safework.ru/iloenc? hdoc&nd=857200806

15.    http://www.mirnefti.ru/index. php? id=10

.        http://www.wdcb.ru/sep/sedimentary_basins/Philsea/Marian_dril.ru.html

.        http://geo. web.ru

18.    http://ru. wikipedia.org <http://ru.wikipedia.org>

.        http://dic. academic.ru <http://dic.academic.ru>