Глубоководное бурение в океане: итоги, структура и планы

Глубоководное бурение в океане: итоги, структура и планы Матуль Александр Геннадьевич Доктор геолого-минералогических наук Заведующий лабораторией палеоэкологии и биостратиграфии Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН Нахимовский проспект 36, Москва 117997 Телефон: (499)129-21-72 (раб.) (499)138-70-14 (дом.) 905-723-79-21 (моб.) E-mail: [email protected]

Публикации и интернет-ресурсы, использованные для презентации Анисимов Ю.А. К истории бурения на нефть на дне моря // Нефтяное хозяйство. 1951. № 6. С. 54-55. A next generation driller is versatile. Fleet overview. Transocean Limited, 2010. 8 p. Stena DrillMAX ICE brochure. Stena Drilling Limited, 2008. 8 p. Aspire Magazine. Anadarko Petroleum Corporation, 2010. V. 1. 36 p. The effective answers for ultra-deep waters and harsh environments. Ocean Rig ASA, 2010. 7 p. Hughes Glomar Explorer // An ASME historic mechanical engineering landmark. Houston, Texas, July 20, 2006. 18 p. Sweeney D. Why Mohole was no hole // Invention&Technology Magazine. 1993. V. 9. Issue 1. P. 54. 50 years of ocean discovery. National Science Foundation 1950-2000. Ocean Studies Board, National Research Council, National Academy Press, Washington, D.C., 2000. 276 p. International Phase of Ocean Drilling (IPOD). Deep Sea Drilling Project. Development Engineering. Operational Technical Achievements. 1984. Technical Note No. 6. 20 p. Результаты глубоководного бурения в Мировом океане. Справочник-указатель. Л.: Недра, 1989. 232 с. Ocean Drilling Program. Final technical report 1983-2007. Consortium for Ocean Leadership, Inc., Washington, D.C., 2007. 68 p. The Integrated Ocean Drilling Program. IODP-MI, Washington, D.C., 2008. 16 p. ECORD – Answers. The European Consortium for Ocean Research Drilling, 2008. 32 p. Biebow N., Lembke-Jene L., Kunz-Pirrung M., Egerton P., Thiede J. AURORA BOREALIS – A New European Research Icebreaker with Drilling Capability. ERICON-AURORA BOREALIS, AWI, Bremerhaven, ESF, Strasbourg, 2009. 5 p. ODP Highlights. International Scientific Contributions from the Ocean Drilling Program. Joint Oceanographic Institutions, Washington, D.C., 2004. 36 p. Illuminating Earth's Past, Present and Future. The Science Plan for the International Ocean Discovery Program 2013-2023. IODP Management International, Washington, D.C., 2011. 84 p. < http://www.iodp.org/Science-Plan-for-2013-2023> 2

3 Подводное бурение: исторические даты 1846 – 1-я скважина на берегу моря в Биби-Хейбате, Баку, Азербайджан 1891 – 1-я подводная скважина с платформы на сваях на озере в Огайо, США 1897 – 1-я морская скважина с пирса в проливе Санта-Барбара, Калифорния Нач. 1930-х – 1-я передвижная стальная буровая баржа, Texas Company 1937 – 1-я закрепленная платформа для прибрежного бурения, Pure Oil (Chevron) + Superior Oil (ExxonMobil) 1940-е – военные форты в устье Темзы как прямой предшественник современных буровых платформ 1947 – 1-я закрепленная платформа в море вне видимости с берега, Луизиана, США 1949 – 1-я автономная плавучая платформа Breton Rig 20 Апрель 1961 – 1-я океанская скважина для научных целей 1962 – 1-е буровое судно Eureka с системой динамического позиционирования, Shell Oil 1996 – начала работать гигантская закрепленная платформаTroll, Statoil

4 Transocean – главный владелец плавучих буровых средств: 28 б/с и б/п для ультраглубоководного бурения Компания Transocean поставила рекорды промышленного бурения: 1) глубина моря – 3051 м (Discoverer Deep Seas для Chevron), 2) глубина бурения – 12289 м (GSF Rig 127 для Maersk Oil Quatar AS). Флагман ультраглубоководного бурения – Discoverer Clear Leader : глубина моря до 3650 м, глубина бурения до 12000 м, нагрузка на палубу до 20000 т

5 Stena DrillMAX (Stena Drilling, Шотландия) – одна из крупнейших современных платформ для ультра-глубоводного бурения (нагрузка на палубу до 17500 т) Способно: А) бурить при глубине моря до 3000 м Б) работать в тяжелых условиях Норвежского и Баренцева морей при температуре воздуха до -20°С

6 Stena DrillMAX ICE (Stena Drilling, Шотландия) – первое в мире ультраглубоководное буровое судно для работы в тяжелых льдах Способно: А) бурить при глубине моря до 3000 м Б) работать при температуре воздуха до -30°С и при толщине льда до 2.2 м

7 Полупогружные автономные буровые платформы Independence Hub (Anadarko, США) – крупнейшая глубоководная б/п на данный момент: 2414 м в Мексиканском заливе (нагрузка на палубу 19300 т) Eirik Raude и Leiv Eiriksson (Ocean Rig, Норвегия) – самые большие самоходные глубоководные б/п на данный момент (нагрузка на палубу до 7000 т)

8 Hughes Glomar Explorer – легендарная буровая платформа Построена в 1973 г. для подъема советской подводной лодки К-129, затонувшей в 1968 г. на глубине 5200 м в 750 милях к СЗ от Гавайских о-вов (Проект Azorian (Jennifer), июль 1974 г. – под прикрытием Глубоководного горнодобывающего проекта).

9 GSF Explorer (Transocean, Швейцария) – платформа для ультраглубоководного бурения В 1979 г. NSF предложил использовать HGE для научного бурения, но финансирование не получил. В 1998 г. по конверсии HGE переоборудован в Glomar and Santa Fe (GSF) Explorer для разведочного бурения на глубинах до 2500 м (Мексиканский залив, Нигерия, Черное море и др.). Сейчас работает на морских месторождениях Анголы.

10 Проект Mohole (1958-1966): глубоководное научное бурение как ответ наук о Земле на космический проект Цель: узнать возраст, строение и внутренние механизмы Земли, найти аргументы за/против теории дрейфа континентов. Задача: поднять породы с границы Мохо (раздел коры и мантии). В апреле 1961 г. пробурена скважина длиной 180 м при глубине моря 3500 м; в основании керна впервые найдены базальты; макс. возраст осадочной толщи над базальтами – миоцен (до 23 млн лет).

11 DSDP (Deep-Sea Drilling Program) – 1968-1983. Использовалось буровое судно Glomar Challenger: 96 экспедиций, 624 скважины, достигнута макс. буровая глубина 1741 м при макс. глубине моря 7044 м.

12 Июнь 1966: генеральный контракт между NSF и The Regents, University of California. 1968: вступает в строй б/с Glomar Challenger; NSF подписывает контракты с JOI (Joint Oceanographic Institutions); научное управление и планирование проводит JOIDES (Joint Oceanographic Institutions for Deep Earth Sampling). 1969: DSDP Leg 6 – первое участие советских ученых (А.П. Лисицын из Института океанологии и В.А. Крашенинников из Геологического института); изучалась история геологического развития наиболее древней океанской коры в Марианской котловине. 1974: к DSDP присоединяется СССР. DSDP Leg 35 – начало постоянного участия ученых из СССР в экспедициях. DSDP Leg 38 – впервые Г.Б. Удинцев как со-руководитель экспедиции. Представители СССР работают в большинстве управляющих и планирующих комитетов DSDP. 1975: DSDP как IPOD (International Phase of Ocean Drilling): США + ФРГ + Япония + Великобритания + СССР + Франция.

13 ODP (Ocean Drilling Program) – 1985-2003: США+22 страны. В 1991-1993 участвовал СССР/Россия (17 советских и российских ученых участвовали в экспедициях ODP). Использовалась б/п JOIDES Resolution: 110 экспедиций, почти 2000 скважин, достигнута макс. буровая глубина ок. 2100 м при макс. глубина моря ок. 6000 м.

14 IODP (Integrated Ocean Drilling Program) – 2003-2012: 24 страны. Используются буровые платформы JOIDES Resolution (США) и Chikyu (Япония), а также другие платформы и буровые суда: 25 экспедиций, ок. 105 скважин, на платформе Chikyu достигнута макс. буровая глубина ок. 1500 м при макс. глубина моря ок. 4000 м.

15 MSP (mission-specific platforms): используются ESO (ECORD Science Operator) Vidar Viking Kayd Hunter Greatship Maya

16 Новый Европейский проект – научная буровая платформа-ледокол AURORA BOREALIS: буровая глубина >1000 м при глубине моря 100-5000 м и толщине льда >2 м

17 Скважины глубоководного научного бурения

Главные научные результаты бурения океанского дна Выявление сложного характера строения и развития земной коры (спрединг, субдукция, тектонические процессы на активных окраинах плит как причины огромных геокатастроф, и т.д.) Дополнение, уточнение и (для определенных этапов геологического прошлого) создание Шкалы Геологического Времени (палеомагнитные данные, радиометрическое датирование, биостратиграфия) Реконструкция палеоокеанологической летописи от современности до уровня около 200 млн лет назад (колебания уровня моря, долговременные изменения палеоклимата) Обнаружение больших потоков флюидов во всей толще дна океана Нахождение признаков биосферы на глубине 1.6 км под дном океана 18

19 Initial Science Plan – научные проблемы IODP Бурение в мантию для анализа всей толщи океанической коры. Роль раскола континентов в формировании осадочных бассейнов. Вулканические рифтовые окраины и океанские плато во времени. Зоны генерации землетрясений. Газогидраты на континентальных окраинах. Экосистемы микробов под поверхностью океанского дна. Палеоклимат (экстремальные состояния и быстрые изменения).

20 Контакт осадочной толщи и базальтов

21 Глубоводное бурение: подтверждена теория тектоники плит, установлена «молодость» океанского дна

22 ODP Leg 125: грязевые вулканы из мантии, Марианский преддуговой бассейн

23 Апокалипсис на К/Т границе: ODP Leg 171B, плато Блэйк, субтропическая Сев. Атлантика

24 Скважина 1256D вошла в океаническую кору на плите Кокос, имеющую возраст 15 млн лет и образованную при супербыстром спрединге (220 мм/год) Восточно-Тихоокеанского срединного хребта. Найдены породы габбро. Проект Mohole приближается к реальному воплощению. IODP Leg 312: впервые подняты интрузивные породы верхней мантии

25 Желоб Нанкаи: полигон отработки технологий б/п Chikyu

26

27 Финансирование IODP – 150 млн USD в год. Участники IODP: Lead Agencies – MEXT (Япония) и NSF (США) – в 2003 подписали меморандум об образовании программы; офис IODP в NSF управляет финансами для научных работ (science-operating costs). Contributing Member – ECORD c 2004 (18 стран: Австрия, Бельгия, Канада, Дания, Финляндия, Франция, Германия, Исландия, Ирландия, Италия, Голландия, Норвегия, Португалия, Испания, Швеция, Швейцария, Великобритания, Польша); 16.8 млн USD в год. Accociate Members – Китай (MOST) с 2004, Южная Корея (KIGAM) с 2006, Австралия + Новая Зеландия (ANZIC) с 2009, Индия (MoES) с 2009; около 1 млн USD в год.

28 Участники IODP имеют право: Участвовать в каждом рейсе. Быть представленным в каждом планирующем и консультативном комитете/панели. Иметь доступ ко всем данным, образцам кернов, научным и техническим результатам, всем инженерным планам и данным. Иметь доступ ко всем геофизическим и другим данным предварительного изучения точек бурения. Подавать заявки на экспедиции и инженерные разработки. Быть представленным в Совете IODP.

29 Исполнительные структуры IODP

30 Кернохранилища глубоководного бурения: GCR - USIO (Texas A & M University) + The Rutgers/NJGS, BCR - The Bremen Core Repository KCC - Kochi Core Center

Новая международная программа научного глубоководного бурения дна океана

Научный план новой программы бурения дна океана IODP The International Ocean Discovery Program на 2013-2023 гг. 32

Климат и океан: читаем прошлое, информируем будущее Изменения разного масштаба: от сезонов к тысячелетиям «Кислый» океан 55.9 млн л.н. у границы палеоцен/эоцен, Юж. Атлантика, ODP Site 1262 45 см – 80 тыс.лет Сапропели на дне Средиземного моря за последние 3 млн лет, ODP Site 964 5-10 см – 1.5-5 тыс.лет Сезонные слои на дне бассейна Санта-Барбара, ODP Site 893 12 мм- 18 лет 33

Климат и океан: читаем прошлое, информируем будущее Долговременные вариации СО2 и палеоклимат 34

Аналоги глобального потепления в прошлом Климат и океан: читаем прошлое, информируем будущее Современность Эль-Ниньо 1998 Плиоцен, 4.6-3 млн л.н. 35

Климат и океан: читаем прошлое, информируем будущее Вклад таяния льдов Гренландии и Антарктики в современное повышение уровня Мирового океана Стратегия бурения от полюса до полюса: взаимодействие IODP с программами бурения льда 36

На краю биосферы: жизнь на дне и под дном океана, биоразнообразие, экосистемы под влиянием природных изменений Водоросли, бактерии и археи: потребляют углерод, производят кислород Культивированные микробы из толщи донных осадков, скважина Chikyu Site C9001, Shimokita-experiment 37

На краю биосферы: жизнь на дне и под дном океана, биоразнообразие, экосистемы под влиянием природных изменений Эволюция гоминид под влиянием изменения климата Восточной Африки за последние 4 млн лет, DSDP Site 231, Аденский залив Сопоставление современных и палеоэкосистем: возможность понимания направленности и ритмичности в развитии природной среды 38

Глубинные процессы Земли и их внешние проявления Бурение в верхнюю мантию, ODP/IODP Site 1256D Строение склона срединно- океанического хребта Строение зоны субдукции 39

Земля в движении: влияние геологических процессов и катастроф на современную цивилизацию Кабельная обсерватория NEPTUNE, Канада Кабельная обсерватория DONET-NanTroSEIZE, Япония 40

Земля в движении: влияние геологических процессов и катастроф на современную цивилизацию Предполагаемые эксперименты по захоронению СО2 под дном океана 41